İSTANBUL TEKNİK UumlNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTUumlSUuml

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE

UumlRETİLMİŞ 5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM

ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

YUumlKSEK LİSANS TEZİ

Met Muumlh M Goumlkhan ALPER

EKİM 2003

Anabilim Dalı Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği

Programı Malzeme

ĠSTANBUL TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTUumlSUuml

ALUumlMĠNYUM SUumlREKLĠ DOumlKUumlM YOumlNTEMĠ ĠLE

UumlRETĠLMĠġ 5052 ndash 5182 ALUumlMĠNYUM

ALAġIMLARININ ġEKĠLLENDĠRĠLEBĠLĠRLĠK

KABĠLĠYETLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ

YUumlKSEK LĠSANS TEZĠ

Met Muumlh M Goumlkhan ALPER

Enstituuml No 506981056

EKĠM 2003

Tezin Enstituumlye Verildiği Tarih Eyluumll 2003

Tezin Savunulduğu Tarih Ekim 2003

Tez DanıĢmanı Prof Dr ESabri KAYALI

Diğer Juumlri Uumlyeleri Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLU

Prof Dr Mehmet KOZ (Marmara Uumlni)

ii

OumlNSOumlZ

Oumlğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi hiccedilbir fedakarlıktan kaccedilınmayan

emeklerinin ve karĢılıksız sevgilerinin geri oumldenmesi ccedilok guumlccedil olan aileme ve

hanımıma en iccedilten saygı ve sevgilerimi sunar teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim

Uumlniversiteye baĢladığım Lisans yıllarından buguumlne kadar sonuccedilları suumlrekli

sorgulamayı ve olaylara baĢka accedilılardan bakmayı oumlğreten bana karĢı inanılmaz sabır

goumlstererek mesleki geliĢimime katkıda bulunan ve ccedilok ciddi rahatsızlık geccedilirmesine

rağmen ccedilalıĢkanlık ve yol goumlstericiliğinden hiccedil vazgeccedilmeyen sayın hocam

Prof Dr Eyuumlp Sabri KAYALIrsquoya yardımlarından dolayı en iccedilten teĢekkuumlrlerimi

sunarım

ġekillendirilebilirlik gibi zor bir konuda hiccedilbir yardımını esirgemeyen ve yol

goumlsteren ccedilıkmaz yola girdiğimde ana yola ccedilıkaran Metalurji ve Malzeme Muumlh

Dr Murat DUumlNDARrsquoa ve tez savunmasında olumlu eleĢtirileri ile tezimin

geliĢmesini sağlayan Sn Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLUrsquona yardımları iccedilin

teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim

Deney ccedilalıĢmalarımda yardımcı olan ASSAN Aluumlminyum Test Laboratuarı

ccedilalıĢanlarına teĢekkuumlr ederim

Ġstanbul Ekim 2003 MGoumlkhan ALPER

iii

İCcedilİNDEKİLER

KISALTMALAR v

TABLO LĠSTESĠ vi

ġEKĠL LĠSTESĠ vii

SEMBOL LĠSTESĠ ix

OumlZET x

SUMMARY xii

1 GİRİŞ 1

11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1

2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5

23 Aluumlminyum Uumlretimi 9

3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15

31 Genel Bilgi 15

32 Temel Proses Elemanları 20

321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20

322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21

323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23

34 KatılaĢma Mekanizması 25

35 Doumlkuumlm Hataları 25

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26

41 Genel Bilgi 26

42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28

421 Derin Ccedilekme 28

422 Buumlkme 32

423 Gererek ġekil Verme 34

424 Soğuk Haddeleme 36

425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43

43 ġekillendirme Hataları 46

431 Eğme Hataları 46

432 Derin Ccedilekme Hataları 47

4321 Kulaklanma 48

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50

4323 Luumlder Ccedilizgileri 50

4324 Looper Ccedilizgileri 51

4325 KırıĢmalar 51

iv

4326 Ccedilatlamalar 51

433 Gererek ġekillendirme Hataları 52

44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53

441 Genel Bilgi 53

442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60

4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60

4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63

45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65

4512 Boumllgesel Karasızlık 66

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67

4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69

52 Kullanılan Cihazlar 69

521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70

53 Deneylerin YapılıĢı 71

531 Metalografik Ġnceleme 71

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77

533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83

534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84

535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90

6 GENEL SONUCcedilLAR 96

KAYNAKLAR 98

EKLER 101

EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm

değerleri 101

OumlZGECcedilMİŞ 102

v

KISALTMALAR

TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi

HF Hidroflorik Asit

ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı

SEM Taramalı Elektron Mikroskobu

EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi

AA Amerikan Aluumlminyum Birliği

DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml

ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

MHS Merkez Hattı Segregasyonu

RADAR Radio Detection and Ranging

MPa Mega Pascal

N Newton

ABD Amerika BirleĢik Devletleri

DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

ĠSTANBUL TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTUumlSUuml

ALUumlMĠNYUM SUumlREKLĠ DOumlKUumlM YOumlNTEMĠ ĠLE

UumlRETĠLMĠġ 5052 ndash 5182 ALUumlMĠNYUM

ALAġIMLARININ ġEKĠLLENDĠRĠLEBĠLĠRLĠK

KABĠLĠYETLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ

YUumlKSEK LĠSANS TEZĠ

Met Muumlh M Goumlkhan ALPER

Enstituuml No 506981056

EKĠM 2003

Tezin Enstituumlye Verildiği Tarih Eyluumll 2003

Tezin Savunulduğu Tarih Ekim 2003

Tez DanıĢmanı Prof Dr ESabri KAYALI

Diğer Juumlri Uumlyeleri Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLU

Prof Dr Mehmet KOZ (Marmara Uumlni)

ii

OumlNSOumlZ

Oumlğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi hiccedilbir fedakarlıktan kaccedilınmayan

emeklerinin ve karĢılıksız sevgilerinin geri oumldenmesi ccedilok guumlccedil olan aileme ve

hanımıma en iccedilten saygı ve sevgilerimi sunar teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim

Uumlniversiteye baĢladığım Lisans yıllarından buguumlne kadar sonuccedilları suumlrekli

sorgulamayı ve olaylara baĢka accedilılardan bakmayı oumlğreten bana karĢı inanılmaz sabır

goumlstererek mesleki geliĢimime katkıda bulunan ve ccedilok ciddi rahatsızlık geccedilirmesine

rağmen ccedilalıĢkanlık ve yol goumlstericiliğinden hiccedil vazgeccedilmeyen sayın hocam

Prof Dr Eyuumlp Sabri KAYALIrsquoya yardımlarından dolayı en iccedilten teĢekkuumlrlerimi

sunarım

ġekillendirilebilirlik gibi zor bir konuda hiccedilbir yardımını esirgemeyen ve yol

goumlsteren ccedilıkmaz yola girdiğimde ana yola ccedilıkaran Metalurji ve Malzeme Muumlh

Dr Murat DUumlNDARrsquoa ve tez savunmasında olumlu eleĢtirileri ile tezimin

geliĢmesini sağlayan Sn Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLUrsquona yardımları iccedilin

teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim

Deney ccedilalıĢmalarımda yardımcı olan ASSAN Aluumlminyum Test Laboratuarı

ccedilalıĢanlarına teĢekkuumlr ederim

Ġstanbul Ekim 2003 MGoumlkhan ALPER

iii

İCcedilİNDEKİLER

KISALTMALAR v

TABLO LĠSTESĠ vi

ġEKĠL LĠSTESĠ vii

SEMBOL LĠSTESĠ ix

OumlZET x

SUMMARY xii

1 GİRİŞ 1

11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1

2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5

23 Aluumlminyum Uumlretimi 9

3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15

31 Genel Bilgi 15

32 Temel Proses Elemanları 20

321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20

322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21

323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23

34 KatılaĢma Mekanizması 25

35 Doumlkuumlm Hataları 25

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26

41 Genel Bilgi 26

42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28

421 Derin Ccedilekme 28

422 Buumlkme 32

423 Gererek ġekil Verme 34

424 Soğuk Haddeleme 36

425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43

43 ġekillendirme Hataları 46

431 Eğme Hataları 46

432 Derin Ccedilekme Hataları 47

4321 Kulaklanma 48

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50

4323 Luumlder Ccedilizgileri 50

4324 Looper Ccedilizgileri 51

4325 KırıĢmalar 51

iv

4326 Ccedilatlamalar 51

433 Gererek ġekillendirme Hataları 52

44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53

441 Genel Bilgi 53

442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60

4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60

4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63

45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65

4512 Boumllgesel Karasızlık 66

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67

4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69

52 Kullanılan Cihazlar 69

521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70

53 Deneylerin YapılıĢı 71

531 Metalografik Ġnceleme 71

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77

533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83

534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84

535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90

6 GENEL SONUCcedilLAR 96

KAYNAKLAR 98

EKLER 101

EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm

değerleri 101

OumlZGECcedilMİŞ 102

v

KISALTMALAR

TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi

HF Hidroflorik Asit

ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı

SEM Taramalı Elektron Mikroskobu

EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi

AA Amerikan Aluumlminyum Birliği

DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml

ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

MHS Merkez Hattı Segregasyonu

RADAR Radio Detection and Ranging

MPa Mega Pascal

N Newton

ABD Amerika BirleĢik Devletleri

DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

ii

OumlNSOumlZ

Oumlğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi hiccedilbir fedakarlıktan kaccedilınmayan

emeklerinin ve karĢılıksız sevgilerinin geri oumldenmesi ccedilok guumlccedil olan aileme ve

hanımıma en iccedilten saygı ve sevgilerimi sunar teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim

Uumlniversiteye baĢladığım Lisans yıllarından buguumlne kadar sonuccedilları suumlrekli

sorgulamayı ve olaylara baĢka accedilılardan bakmayı oumlğreten bana karĢı inanılmaz sabır

goumlstererek mesleki geliĢimime katkıda bulunan ve ccedilok ciddi rahatsızlık geccedilirmesine

rağmen ccedilalıĢkanlık ve yol goumlstericiliğinden hiccedil vazgeccedilmeyen sayın hocam

Prof Dr Eyuumlp Sabri KAYALIrsquoya yardımlarından dolayı en iccedilten teĢekkuumlrlerimi

sunarım

ġekillendirilebilirlik gibi zor bir konuda hiccedilbir yardımını esirgemeyen ve yol

goumlsteren ccedilıkmaz yola girdiğimde ana yola ccedilıkaran Metalurji ve Malzeme Muumlh

Dr Murat DUumlNDARrsquoa ve tez savunmasında olumlu eleĢtirileri ile tezimin

geliĢmesini sağlayan Sn Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLUrsquona yardımları iccedilin

teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim

Deney ccedilalıĢmalarımda yardımcı olan ASSAN Aluumlminyum Test Laboratuarı

ccedilalıĢanlarına teĢekkuumlr ederim

Ġstanbul Ekim 2003 MGoumlkhan ALPER

iii

İCcedilİNDEKİLER

KISALTMALAR v

TABLO LĠSTESĠ vi

ġEKĠL LĠSTESĠ vii

SEMBOL LĠSTESĠ ix

OumlZET x

SUMMARY xii

1 GİRİŞ 1

11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1

2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5

23 Aluumlminyum Uumlretimi 9

3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15

31 Genel Bilgi 15

32 Temel Proses Elemanları 20

321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20

322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21

323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23

34 KatılaĢma Mekanizması 25

35 Doumlkuumlm Hataları 25

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26

41 Genel Bilgi 26

42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28

421 Derin Ccedilekme 28

422 Buumlkme 32

423 Gererek ġekil Verme 34

424 Soğuk Haddeleme 36

425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43

43 ġekillendirme Hataları 46

431 Eğme Hataları 46

432 Derin Ccedilekme Hataları 47

4321 Kulaklanma 48

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50

4323 Luumlder Ccedilizgileri 50

4324 Looper Ccedilizgileri 51

4325 KırıĢmalar 51

iv

4326 Ccedilatlamalar 51

433 Gererek ġekillendirme Hataları 52

44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53

441 Genel Bilgi 53

442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60

4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60

4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63

45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65

4512 Boumllgesel Karasızlık 66

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67

4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69

52 Kullanılan Cihazlar 69

521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70

53 Deneylerin YapılıĢı 71

531 Metalografik Ġnceleme 71

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77

533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83

534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84

535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90

6 GENEL SONUCcedilLAR 96

KAYNAKLAR 98

EKLER 101

EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm

değerleri 101

OumlZGECcedilMİŞ 102

v

KISALTMALAR

TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi

HF Hidroflorik Asit

ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı

SEM Taramalı Elektron Mikroskobu

EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi

AA Amerikan Aluumlminyum Birliği

DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml

ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

MHS Merkez Hattı Segregasyonu

RADAR Radio Detection and Ranging

MPa Mega Pascal

N Newton

ABD Amerika BirleĢik Devletleri

DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

iii

İCcedilİNDEKİLER

KISALTMALAR v

TABLO LĠSTESĠ vi

ġEKĠL LĠSTESĠ vii

SEMBOL LĠSTESĠ ix

OumlZET x

SUMMARY xii

1 GİRİŞ 1

11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1

2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5

23 Aluumlminyum Uumlretimi 9

3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15

31 Genel Bilgi 15

32 Temel Proses Elemanları 20

321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20

322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21

323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23

34 KatılaĢma Mekanizması 25

35 Doumlkuumlm Hataları 25

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26

41 Genel Bilgi 26

42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28

421 Derin Ccedilekme 28

422 Buumlkme 32

423 Gererek ġekil Verme 34

424 Soğuk Haddeleme 36

425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43

43 ġekillendirme Hataları 46

431 Eğme Hataları 46

432 Derin Ccedilekme Hataları 47

4321 Kulaklanma 48

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50

4323 Luumlder Ccedilizgileri 50

4324 Looper Ccedilizgileri 51

4325 KırıĢmalar 51

iv

4326 Ccedilatlamalar 51

433 Gererek ġekillendirme Hataları 52

44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53

441 Genel Bilgi 53

442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60

4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60

4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63

45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65

4512 Boumllgesel Karasızlık 66

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67

4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69

52 Kullanılan Cihazlar 69

521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70

53 Deneylerin YapılıĢı 71

531 Metalografik Ġnceleme 71

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77

533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83

534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84

535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90

6 GENEL SONUCcedilLAR 96

KAYNAKLAR 98

EKLER 101

EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm

değerleri 101

OumlZGECcedilMİŞ 102

v

KISALTMALAR

TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi

HF Hidroflorik Asit

ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı

SEM Taramalı Elektron Mikroskobu

EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi

AA Amerikan Aluumlminyum Birliği

DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml

ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

MHS Merkez Hattı Segregasyonu

RADAR Radio Detection and Ranging

MPa Mega Pascal

N Newton

ABD Amerika BirleĢik Devletleri

DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

iv

4326 Ccedilatlamalar 51

433 Gererek ġekillendirme Hataları 52

44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53

441 Genel Bilgi 53

442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60

4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60

4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63

45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65

4512 Boumllgesel Karasızlık 66

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67

4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69

52 Kullanılan Cihazlar 69

521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70

53 Deneylerin YapılıĢı 71

531 Metalografik Ġnceleme 71

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77

533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83

534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84

535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90

6 GENEL SONUCcedilLAR 96

KAYNAKLAR 98

EKLER 101

EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm

değerleri 101

OumlZGECcedilMİŞ 102

v

KISALTMALAR

TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi

HF Hidroflorik Asit

ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı

SEM Taramalı Elektron Mikroskobu

EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi

AA Amerikan Aluumlminyum Birliği

DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml

ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

MHS Merkez Hattı Segregasyonu

RADAR Radio Detection and Ranging

MPa Mega Pascal

N Newton

ABD Amerika BirleĢik Devletleri

DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

v

KISALTMALAR

TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi

HF Hidroflorik Asit

ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı

SEM Taramalı Elektron Mikroskobu

EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi

AA Amerikan Aluumlminyum Birliği

DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml

ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

MHS Merkez Hattı Segregasyonu

RADAR Radio Detection and Ranging

MPa Mega Pascal

N Newton

ABD Amerika BirleĢik Devletleri

DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13

Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde

(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması

80

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları

82

Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 21

Şekil 22

Şekil 23

Şekil 31

Şekil 32

Şekil 33

Şekil 34

Şekil 35

Şekil 41

Şekil 42

Şekil 43

Şekil 44

Şekil 45

Şekil 46

Şekil 47

Şekil 48

Şekil 49

Şekil 410

Şekil 411

Şekil 412

Şekil 413

Şekil 414

Şekil 415

Şekil 416

Şekil 417

Şekil 418

Şekil 419

Şekil 420

Şekil 421

Şekil 422

Şekil 423

Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi

Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri

Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının

tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı

Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml

Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması

TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması

TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği

TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi

Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek

Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme

durumu

Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik

goumlsterimi

Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi

Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi

Merdane bombelerinin goumlsterimi

2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde

a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi

2rsquoli Grup Hadde

3rsquoluuml grup Hadde

Haddeleme teorisi goumlsterimi

Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri

Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi

Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0

alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı

Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme

tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi

∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu

Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler

Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede

sınır deformasyonlar

ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır

eğrisi

Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı

228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen

Ģekillendirme diyagramı

11

11

14

15

16

20

21

22

28

29

32

36

37

38

38

39

39

40

40

40

41

42

43

44

45

49

52

53

54

55

58

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

viii

Şekil 424

Şekil 425

Şekil 426

Şekil 427

Şekil 428

Şekil 429

Şekil 430

Şekil 431

Şekil 432

Şekil 51

Şekil 52

Şekil 53

Şekil 54

Şekil 55

Şekil 56

Şekil 57

Şekil 58

Şekil 59

Şekil 510

Şekil 511

Şekil 512

Şekil 513

Şekil 514

Şekil 515

Şekil 516

Şekil 517

Şekil 518

Şekil 519

Şekil 520

Şekil 521

Şekil 522

Şekil 523

Şekil 524

Şekil 525

Şekil 526

Şekil 527

2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe

yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi

5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme

davranıĢları

Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma

Ağ yapısı oumlrnekleri

Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları

a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik

ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği

ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması

gereken eksenler

Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri

Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği

Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro

fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml

Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde

edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182

1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu

elde edilen tane yapısı

DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri

1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile

doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm

youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının

anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması

a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile

birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm

Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm

5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı

5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı

TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının

ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması

5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum

alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi

SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi

5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım

haritası

58

59

60

61

62 63

63

64

66

70

70

71

72

73

74

75

76

76

77

78

82

84

85

86

87

87

88

89

90

90

91

91

92

93

94

95

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology

ix

SEMBOL LİSTESİ

Al Aluumlminyum

Mg Magnezyum

Si Silisyum

Zn Ccedilinko

Mn Mangan

Be Berilyum

Ti Titanyum

μ Mikron 0C Derece Celcius

Tm Ergime Sıcaklığı

dak Dakika

sa h Saat

MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme

MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme

kV Kilovolt

σccedil Ccedilekme Mukavemeti

σa Akma Mukavemeti

e Muumlhendislik Uzama

n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml

R Anizotropi Katsayısı

ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı

R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı

K Malzeme Mukavemet Katsayısı

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

x

ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ

5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ

OumlZET

Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden

bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem

kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk

kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde

edilmektedir

Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak

suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer

firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt

olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum

uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm

kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına

sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha

kalitesi uumlzerinde etkilidir

CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm

kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu

5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir

Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası

mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır

Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0

accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa

e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin

ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler

incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir

xi

Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)

alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir

Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde

kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı

goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında

ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir

Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna

rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince

tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki

alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier

etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden

kaynaklanmaktadır

Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır

Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052

alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit

edilmiĢtir

Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek

kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182

alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına

rastlanmıĢtır

Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052

alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir

xii

DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182

ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING

METHOD

SUMMARY

Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum

industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering

discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker

less time and cost

Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which

name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies

improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce

aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to

aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow

solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition

casting thickness speed and tip distance

In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were

produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After

casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at

final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by

continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain

hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water

and very high toughness

For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to

understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the

tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to

determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen

xiii

test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the

fracture surface of the tensile specimens were examined

From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium

alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening

exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy

values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately

no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the

direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain

aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close

each other At the metallographic examinations it was observed that these two

aluminium alloys have center-line segregation At the same time after

homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as

fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope

examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed

ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces

Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic

bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that

5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy

1

1 GİRİŞ

İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807

yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır

İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry

Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında

konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile

ağırlamaktaydı [1]

Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek

guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının

demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya

tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan

bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif

metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha

hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı

iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı

dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak

işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır

Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve

uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına

gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu

duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi

iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim

ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]

İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma

doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer

2

taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve

kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı

goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının

geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada

ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk

lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur

Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)

teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm

kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC

metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar

Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır

İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha

doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum

levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere

sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]

Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum

alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme

Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır

3

2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ

21 Aluumlminyum Tarihccedilesi

Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler

nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir

Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek

duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv

sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması

aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır

1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını

tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-

aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre

Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825

yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum

kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir

[1]

1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville

3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel

adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400

DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak

uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir

1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T

Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak

kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent

almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente

goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması

Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu

firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir

1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde

4

(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden

uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya

baĢlanmıĢtır

Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları

1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)

1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)

1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı

1893 Sanat Eserlerinde kullanımı

1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi

1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi

1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi

1909 Bira kutularında kullanımı

1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi

1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi

1919 Konserve kutularında kullanımı

1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması

1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı

1931 Suumlt kapaklarında kullanımı

1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması

1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı

1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu

tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz

sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali

5

22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri

Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri

buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf

aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde

kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını

sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit

tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı

olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu

nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde

saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan

saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir

Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride

kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır

Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere

sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak

yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak

100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri

aĢağıdaki gibidir

- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo

tuumlr Kuumltlesi

demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve

otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol

oynamaktadır

- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu

istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler

geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle

mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok

yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır

Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr

Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit

olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin

ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği

19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar

6

ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir

alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı

fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo

21rsquode verilmiĢtir

Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]

Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg

Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174

Isıl Ġletkenlik (calcm2cm

0C) 052 019 092 027 037

Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10

-6 240 119 167 330 257

Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651

Uzama () 43 48 50

Sertlik (BHN) 19 70 25

- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de

onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve

besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda

kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında

ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla

oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel

nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler

bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı

metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu

durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır

- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda

enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol

accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay

paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır

- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi

iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde

gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın

olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens

civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın

7

yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila

kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar

- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile

aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında

kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve

aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar

- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden

dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum

krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu

metallerin uumlretiminde kullanılır

- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha

ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)

doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme

operasyonlarına tabi tutulabilir

- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak

perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da

yaygındır

- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama

gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama

veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal

elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir

Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada

daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve

mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon

direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten

zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve

duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel

atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı

bulmasını sağlamıĢtır

- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre

buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin

diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere

8

goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer

metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek

olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp

aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir

Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve

alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]

Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]

Sektoumlr Oumlnemli kulanım

yerleri Alternatif olduğu malzeme

UlaĢım

Radyatoumlrler Bakırpirinccedil

Motor parccedilaları Doumlkme demir

Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar

UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum

Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler

Trenler Yolcu ve yuumlk

vagonları

Ccedilelik

Deniz

araccedilları

Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik

ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik

Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka

Ambalaj

MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler

Konserve kutuları Tenekecam

Aerosol kutuları Teneke

Folyo Plastikkağıt

Kapaklar Plastikteneke

Elektrik

Ġletkenler

Bakır

Baralar

Transformatoumlr ve

jeneratoumlr

Telefon kablosu

Makine

Yataklar Doumlkuumlm malzemeler

Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik

Hidrolik sistemler

Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik

Tuumlketim

malları

Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır

Diğer

uygulama

Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik

Ziraat aletleri Ccedilelik

Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik

9

Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki

Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır

Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]

1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı

2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı

3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı

4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li

AlaĢımları

23 Aluumlminyum Uumlretimi

Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım

accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem

accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer

(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme

goumlstermiĢtir

Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)

sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini

teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle

doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat

demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan

boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım

goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır

En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena

Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum

enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir

Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan

olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum

boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit

(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri

Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir

10

Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit

gibsit oumlrnek olarak verilebilir

Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses

ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten

aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin

Hall-Heroult Prosesirsquo dir

Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit

cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir

Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden

ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile

karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek

sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon

ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve

doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum

oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde

elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan

aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti

oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir

Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)

kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile

karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu

gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım

uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının

altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur

(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından

yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve

hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir

Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1

ton aluumlminyum elde edilir

11

Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]

Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin

uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk

zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji

sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en

modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar

duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr

Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum

(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne

doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı

uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en

alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm

prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik

oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma

etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları

oumlzetlenmektedir

Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]

12

ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm

tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm

tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer

suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett

Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından

yapılmıĢtır

Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil

ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri

esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo

olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden

değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu

oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi

diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını

sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre

120 oranında enerji gerektirmektedir

Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]

BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)

TİTANYUM 126000 52000 74000

MAGNEZYUM 90000 2000 88000

DEMİR 4300 1000 3300

BAKIR 13500 1700 11800

ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000

Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken

buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını

1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana

enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki

ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr

1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim

miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir

13

Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri

(1000 ton) [8]

YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911

DOĞU

UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425

KUZEY

AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683

LATĠN AMERĠKA

- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730

ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180

OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492

AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601

TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022

Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim

miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere

paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının

geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu

accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin

hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda

birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa

uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları

goumlsterilmektedir

Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum

uumlretimleri (1000 ton) [8]

YIL 1950 1970 1980 1985 1990

1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL

BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540

İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201

İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350

HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145

FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215

İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79

Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve

alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode

goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını

oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme

14

(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır

2580

2100

2064

980

709

645

922

Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme

Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar

Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım

alanına goumlre dağılımı [8]

Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken

GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi

Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya

baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki

kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin

kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler

yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve

BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği

goumlruumllmektedir

Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum

tuumlketimleri (kg) [8]

YIL 1960 1970 1980 1985 1990

JAPONYA 2 112 204 206 309

ALMANYA 72 137 220 238 301

ABD 108 204 258 265 269

ĠTALYA 29 75 141 146 209

FRANSA 49 89 136 123 177

ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111

15

3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ

31 Genel Bilgi

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde

standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk

defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi

desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı

heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan

uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm

teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin

ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter

Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir

Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm

makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan

tipik yerleşim goumlruumllmektedir

Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]

16

Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması

verilmektedir

Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması

Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali

oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak

tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine

belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım

hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken

numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin

ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir

Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır

Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon

deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni

metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından

absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum

alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici

flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz

taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler

Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar

kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal

iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık

kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği

kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve

kolay temizlenebilirliktir [11]

Seramik

Filtre

Gaz Giderme

Uumlntesi

Doumlkuumlm

Makinası

Ergitme Fırını Tutma

Fırını

Tandiş

Ccedilektirme

Merdaneleri

Makas Sarıcı

Akış Youmlnuuml

Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme

17

Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları

alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik

olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum

alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler

(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)

ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası

oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe

gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer

youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses

katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo

uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme

işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve

uumlretim maliyetleri azalır

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm

sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan

bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik

mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler

(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki

artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]

Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk

hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm

iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim

aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara

yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi

konularda araştırma yapılmaktadır [11]

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı

bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı

iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek

verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve

yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler

18

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki

ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve

filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin

merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik

malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp

goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı

iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği

ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da

bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle

ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını

sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln

akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle

sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir

mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın

yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm

merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin

yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su

bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]

Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi

merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri

ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini

oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha

uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve

operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya

ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi

merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen

aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı

uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak

verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir

Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir

Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir

19

Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]

1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199

1200 1230 1235 1345

3003 3004 3005 3006 3105

5005 5010 5034 5050 5052 5056

5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356

5454 5456 5457 5652 5657

6063

7072

8010 8011 8111 8014

Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane

ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak

veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)

kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane

ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma

kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma

kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın

paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin

etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane

ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı

boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip

tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir

Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm

hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini

artırmaktadır

20

Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]

Parametre Etkisi

Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı

Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır

Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar

Merdane Yuumlzey Durumu

Yapışma ile ayırma kuvveti artar

32 Temel Proses Elemanları

Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi

merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir

321 Ergimiş metal beslenmesi

Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik

olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden

kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle

temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]

Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]

21

322 Doumlkuumlm merdane sistemi

Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem

de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin

sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır

Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml

koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu

Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller

(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne

bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal

bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller

geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]

Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]

Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan

ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile

bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller

mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik

mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır

Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik

oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar

termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun

katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir

bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan

malzemelerdir [11]

22

323 Doumlkuumlm boumllgesi

Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm

tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır

Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken

Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa

inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre

olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede

gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi

katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu

olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel

modeller geliştirilmiştir

Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]

324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi

suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı

kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi

uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu

parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve

ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle

sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal

temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası

ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda

pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen

23

termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun

şeccedililmelidir

33 Doumlkuumlm Mikroyapısı

Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak

haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı

geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların

mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve

deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik

partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum

levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı

(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin

tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada

kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar

Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin

bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek

olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda

bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır

Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da

hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]

5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil

yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları

incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki

ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı

magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav

esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4

Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe

ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur

Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme

eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur

24

005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında

bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet

verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin

oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin

doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek

Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si

bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği

beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir

rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli

değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok

nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn

bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve

suumlnekliğini duumlşuumlruumlr

Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu

goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-

Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak

dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin

bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır

Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]

Kimyasal

formuumll

Kristal

yapı

Yoğunluk

(gcm3)

Ergime veya peritectic

sıcaklığı (OC)

(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451

(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)

(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462

25

34 Katılaşma mekanizması

Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci

aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak

katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve

levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve

yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise

metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar

ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır

Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik

partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde

yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane

yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda

enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur

35 Doumlkuumlm hataları

Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır

Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu

tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı

izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında

tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]

26

4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK

41 Genel Bilgi

Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde

şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile

birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil

eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir

[5]

Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma

uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım

şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır

Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem

değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır

Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform

olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila

geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve

deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce

daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr

Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak

goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]

Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)

Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve

işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun

bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2

f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı

buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)

27

f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu

deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)

şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]

Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli

bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların

hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya

benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda

oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir

duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir

Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini

getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki

bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde

karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer

etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun

seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba

tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir

Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan

sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve

presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla

değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme

mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında

bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan

kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin

şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi

gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme

işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu

malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte

kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir

28

42 Şekillendirme Ccedileşitleri

421 Derin Ccedilekme

Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi

olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler

goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla

bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]

Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline

ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma

kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek

kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır

Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp

yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı

kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin

ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]

Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır

Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde

edilmesidir

Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]

Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır

Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı

(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]

29

DCcedilOS D0Dz max (42)

Yukarıdaki eşitlikte

D0 Maksimum taslak ccedilapı

Dz Zımba ccedilapı

İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu

oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu

belirtilmektedir [26]

Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı

gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır

Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]

Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca

zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık

bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki

eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal

olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi

D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel

olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır

Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır

Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar

olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma

işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile

kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir

miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme

30

gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış

olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz

kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini

azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli

oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması

istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk

tutulmalıdır

Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana

gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme

kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana

kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı

plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca

suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının

yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem

ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme

kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına

doğru başlamaktadır [516]

Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına

uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir

Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu

boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim

şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik

şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar

oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir

Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak

disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin

ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba

ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik

sınırı vardır

Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan

tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]

RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)

31

Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme

parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı

yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden

etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde

ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak

verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen

derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da

aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme

kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini

ortaya ccedilıkarmaktadır

Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi

mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir

Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan

sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma

eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile

ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı

teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama

dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen

diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90

ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin

ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit

edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır

Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından

yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler

Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda

suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve

geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık

uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum

alaşımlarıdır [19]

Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil

vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz

konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon

sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir

32

Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta

sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve

Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]

422 Buumlkme

Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal

şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz

haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet

uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz

borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme

youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde

kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları

kullanılır

Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip

aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar

aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-

otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri

ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından

istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur

Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan

1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem

goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum

alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme

33

esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi

tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir

metod aşağıda verilmiştir

- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi

- Isıl işlem ve soğutma

- Nihai şeklinde buumlkme

Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa

soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde

paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde

uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız

taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız

915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup

genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme

işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri

kullanılır [19]

Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı

soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır

Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış

yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon

ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin

oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma

olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit

daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak

Rb = h 1r

1

r lt 02 iccedilin (44)

Rb = h ( 2

2

rr2

r1

r ge 02 iccedilin (45)

eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden

buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik

gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin

34

kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise

elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda

malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma

yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir

Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak

hesaplanabilir [21]

Pb = b

ccedil2

W

hb (46)

Pb= 2

tan

2hR2

hb b

b

a

(47)

Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme

kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı

malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir

Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen

aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay

parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi

uumlretimlerde kullanılmaktadır

423 Gererek Şekil Verme

Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler

Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca

bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin

gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen

oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır

Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının

uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri

goumlsterilmektedir

35

Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik

oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]

Alaşım

Ccedilekme Mukavemeti

(MPa) (a)

Akma Mukavemeti

(MPa) (b)

Şekillendirme Aralığı

(c = a - b)

Uzama

(50 mm)

Gerilebilirlik Oranı

7075-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

331 138 193 19 100

2024-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

317 124 193 20 98

2024-T3 441 303 138 18 95

6061-W (Isıl İşlem

goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)

241 145 96 22 90

7075-0 221 97 124 17 80

2024-0 186 76 110 19 80

6061-0 124 55 69 22 75

3003-0 110 41 69 30 75

1100-0 90 35 55 35 70

7075-T6 524 462 62 11 10

Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi

biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG

derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de

incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)

arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]

GBO = hG IG (48)

Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen

yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır

Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde

bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk

36

tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk

suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]

Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]

Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında

panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır

Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber

kullanılırlar

424 Haddeleme

Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak

isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir

Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken

merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine

goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin

haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır

Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık

yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde

duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln

ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun

mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı

malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar

Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel

prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu

merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile

kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir

Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm

2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr

37

Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı

uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı

azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu

buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın

ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml

yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil

yuumlkselir

Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]

Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan

kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı

merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır

Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar

kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler

kullanılarak elde edilebilir

Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters

youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki

metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle

birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında

da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise

deride iz bırakmaya başlar

Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya

zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki

merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila

38

goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar

pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz

olması sağlanır (Şekil 47)

Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]

Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]

Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane

denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)

merdane denir (Şekil 48)

39

Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]

Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde

abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr

Bombe iki şekilde elde edilir

1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)

2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)

Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu

da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı

kullanılarak kontrol edilir

Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde

goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo

yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)

Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]

Pozitif Bombe Negatif Bombe

a) b) c)

40

Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı

merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile

rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ

kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş

merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4

katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek

merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir

Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi

(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri

yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş

merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6

katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da

kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı

oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)

Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]

Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak

Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)

Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve

sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-

grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir

Şekil 411 2‟li Grup Hadde

[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde

[22]

a) b)

41

Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile

sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin

haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme

kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen

tavlama işlemi ile kaldırılabilir

Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer

değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara

goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına

ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık

kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir

Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına

giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)

Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]

Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak

zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması

anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse

haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane

hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda

haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla

girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında

42

ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu

noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu

noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya

ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar

Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil

silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı

kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı

beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve

uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki

metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar

sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete

tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok

dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket

ederek fıccedilı şeklini oluşturur

Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş

merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı

akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)

Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]

Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki

kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla

ezme verir

Metal merdanelerden

hızlı

Metal merdanelerden

yavaş

Kısıtlı Akış

Boumllgeleri

43

Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki

etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da

dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış

boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını

belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı

Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği

biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile

sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste

binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin

daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve

merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla

suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha

fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme

yapılamaz

Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]

425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri

Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde

geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme

ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme

patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik

şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla

şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak

verilebilir [19]

44

Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı

bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum

alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de

birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi

Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA

Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme

ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde

kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik

ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği

uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar

otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil

416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır

Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka

stop lambasının yatağının yapımı [19]

Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi

aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen

ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de

dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum

45

alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden

tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı

iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme

vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme

şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı

suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması

esasına dayanır (Şekil 417)

Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi

[19]

Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların

şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın

temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve

hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında

yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte

şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde

kullanılmaktadır

Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay

araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji

46

şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla

şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır

Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji

şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu

olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra

işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve

duumlşuumlk maliyet elde edilir

43 Şekillendirme Hataları

431 Eğme Hataları

Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme

ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız

eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım

ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği

boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki

deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka

zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak

iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı

duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa

kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir

İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar

oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek

deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi

ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak

deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll

edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki

deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek

giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle

kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir

Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu

operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik

eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan

47

ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı

tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC

lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-

eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır

Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri

yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının

geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir

Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)

uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]

K = ru

u

r

r =

2r

2r

0r i

0 i

s

s

(49)

432 Derin Ccedilekme Hataları

Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri

ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha

oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri

bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla

parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna

rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme

problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve

kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki

grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]

Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın

tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta

buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar

olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]

Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına

uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul

uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı

olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur

ve hatadan bahsedilmektedir

48

4321 Kulaklanma

Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin

ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen

kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti

ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir

Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse

de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne

goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz

edilmektedir [516]

a) 00 90

0 Kulaklanma

b) 450 Kulaklanma

Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim

kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik

karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında

goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml

tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve

miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve

buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]

Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir

sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki

anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem

basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak

anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik

yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]

Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak

uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi

gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise

kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından

uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey

anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin

bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir

49

Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n

m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır

diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon

sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek

ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil

değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini

artırdığını savunmaktadırlar [25]

Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)

ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde

∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel

nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde

ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr

teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak

prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır

Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]

50

4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml

Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra

oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi

portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile

uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de

etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya

ccedilıkmaktadır [5]

Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı

olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara

yol accedilmaktadır [23]

Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu

deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak

bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların

uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]

Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda

yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey

puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]

4323 Luumlders Ccedilizgileri

Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders

ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey

puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon

meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin

maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde

ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek

yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir

dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan

gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde

ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği

istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]

51

4324 Looper Ccedilizgileri

Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin

ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak

tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan

deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı

duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav

esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde

uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki

kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize

olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı

duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]

4325 Kırışmalar

Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması

kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası

mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya

malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı

ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]

4326 Ccedilatlamalar

Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik

yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme

oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması

sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama

işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu

tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan

bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol

accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli

malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]

Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen

kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı

koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya

ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme

konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]

52

Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da

goumlruumllmektedir

Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]

a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma

d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)

Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme

433 Gererek Şekillendirme Hataları

Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş

kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr

bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten

ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında

gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme

işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir

Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında

goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek

kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki

boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı

araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan

53

deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla

ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına

rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde

goumlruumlluumlr [21]

44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)

441 Genel Bilgi

Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten

(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım

alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil

bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin

başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]

1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine

yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme

kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve

aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır

deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen

bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler

Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]

Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi

iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel

54

olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki

ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil

421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı

metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki

şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir

Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]

Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına

(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek

mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir

Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih

edilmektedir

55

Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme

sınır diyagramı [28]

Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz

ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya

konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır

Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt

okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır

diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar

guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul

edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten

bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır

Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu

kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml

olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve

kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar

Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0

boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme

işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0

boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı

test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test

tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her

iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve

Şekillendirme Sınır Diyagramı

56

sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna

varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır

a) Duumlzlemsel test metodları

b) Duumlzlem-dışı test metodları

Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme

eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır

Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk

karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini

bulmuşlardır

Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır

a Zımbada germe

b Duumlzlemde germe

c Hidrolik şişirme

Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı

kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme

oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar

oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri

oumllccediluumllerek tespit edilir

Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir

zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada

germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır

diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler

Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir

Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede

kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun

başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon

dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon

sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum

deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve

deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek

şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu

57

gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh

hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle

elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]

Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha

geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi

canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme

sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum

muumlkemmeldir

Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı

deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin

şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği

ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı

kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi

kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu

goumlruumllmuumlştuumlr

Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve

malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil

olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli

deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği

ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve

duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde

edilmektedir

Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların

şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve

162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini

yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan

malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan

Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin

yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe

işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]

58

Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]

Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının

şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm

ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102

mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır

Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba

yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit

ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]

Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba

yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]

59

Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının

yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)

5052

0

50

100

150

200

250

300

350

400

SERT 260 290 320 350 375 400 425 450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

5182

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SERT

220

240

260

290

320

350

375

400

425

450

Sıcaklık (0C)

Mu

kavem

et

(MP

a)

0

5

10

15

20

25

Akma Muk (MPa)

Ccedilekme Muk (MPa)

Uzama ()

Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]

Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş

malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve

şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen

hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha

iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]

60

442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi

Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde

edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki

tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta

şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı

boumllgeleri goumlstermektedir

Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla

vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en

kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik

doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı

derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi

derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta

boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr

4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları

Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil

değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik

youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde

iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her

iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir

Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal

yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine

etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır

Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

61

Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması

sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne

yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya

değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur

Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı

olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan

sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu

elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş

ccediloumlzelti ile yıkanır

Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]

Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal

şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı

metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu

gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile

sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk

şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet

verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca

tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal

istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve

deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması

sağlanır

Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının

birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir

Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas

etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips

62

şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile

goumlsterilir

Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen

dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk

kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]

A B

C D

E F

63

4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml

Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki

elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)

A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe

Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]

Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ

yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere

sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye

kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik

olarak tespit edilirler (Şekil 430)

Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm

duumlzeneği [28]

Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk

değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips

a) b

64

formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları

hesaplanır

MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(410)

Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100

(411)

MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme

Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]

Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile

plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu

gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye

kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin

boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu

daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep

aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir

Minimum

Eksen

Maksimum

Eksen

65

45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği

Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift

eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında

tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek

incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil

değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en

kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]

451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil

değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli

yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır

4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı

Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı

anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla

kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil

değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]

Zdd

d

(412)

gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme

oranının

(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin

başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

nZd (413)

Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill

anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana

ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen

tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin

kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini

66

goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi

genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır

Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]

4512 Boumllgesel kararsızlık

Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil

değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı

amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı

(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini

kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon

sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir

Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere

edilir

Zd

d

(414)

Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil

değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir

= nZ (415)

Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın

bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır

67

Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması

gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil

425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir

452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma

Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir

Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe

şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill

boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu

boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz

4521 Kararsızlığa dayalı kriter

İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme

yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu

yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı

yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda

malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin

boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]

4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter

Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma

arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki

sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği

kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal

şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını

accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme

gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln

bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil

değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil

verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori

buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı

uygulanması guumlccediltuumlr

McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden

tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre

inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme

68

deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın

mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak

homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel

kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir

Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya

goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde

oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin

inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon

boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir

Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir

(1+α)σ12=Kcr (416)

Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile

ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma

kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır

Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın

meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik

gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini

goumlstermektedir

f

0

1 Cd (417)

Şekil-13

Haddelemeden sonra

tabakalar

69

5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR

51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter

Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve

5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal

kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan

testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir

Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -

Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659

Alaşım

5052

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -

Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182

Alaşım

52 Kullanılan Cihazlar

Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak

amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri

metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan

numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers

ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir

Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık

mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM

E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test

edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler

ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test

cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test

duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal

grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo

marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme

70

sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri

JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve

inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır

521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği

Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme

test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas

alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode

goumlsterilmektedir

Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]

Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası

71

Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar

ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise

50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)

Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları

53 Deneylerin Yapılışı

Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan

numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir

(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak

metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm

mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel

koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses

sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve

R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin

bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır

diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın

sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin

yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile

kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme

cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum

ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel

ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

72

numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS

yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır

531 Metalografik İnceleme

Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme

rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite

alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile

parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm

yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm

yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki

yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu

tespit edilmiştir

a)

b)

Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)

a) 5052 b) 5182

73

Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182

alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası

daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode

goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik

yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir

a)

b)

Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182

Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen

mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine

yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur

74

a)

b)

Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182

İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini

belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır

Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar

elde edilmiştir

75

a)

b)

Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane

yapısı (10X) a) 5052 b) 5182

Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu

sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış

yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin

artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182

alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden

başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca

76

değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma

farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl

işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden

kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları

incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin

350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410

0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda

tavlanmasına karar verilmiştir [29]

Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki

mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir

a) b)

Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

a) b)

Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı

(100X) a) Merkez b) Kenar

77

5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken

kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede

kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır

532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti

Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri

hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin

alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir

Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi

Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında

dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir

Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla

dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle

meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı

izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı

malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri

Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir

78

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Uzama ()

Mu

kavem

et

(MP

a) 5182

5052

Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri

1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış

numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

verilmiştir

Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

350C4sa

tavlı0

1040 9157 19833 2054 027 068

9022 19683 2307 027 060

1035 9097 19785 1767 027 061

9251 20047 1777 027 059

350C4sa

tavlı45 1035

8612 19053 2245 027 068

8774 19273 2414 027 067

8628 19178 2353 027 059

8662 19010 2142 027 065

350C4sa 90

1045 8755 18750 2216 027 060

8712 18723 2117 027 058

1050 8865 18876 2235 027 059

8875 18917 2118 027 054

79

Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)

yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler

Konduumlsyon

Numune Youmlnuuml

Kalınlık

(mm) a

(MPa)

ccedil

(MPa)

Uzama n R

410C4sa

tavlı0

1030 16502 29525 2255 026 060

1030 16222 29266 2108 026 061

1035 16080 29483 2256 027 060

1040 16021 29217 2331 026 059

410C4sa

tavlı45

1040 15588 28651 2529 027 108

1040 15505 28759 2458 027 112

1040 15408 28890 2385 028 116

1045 15379 28617 2449 027 122

1040 16036 28817 2138 026 093

1035 16052 29175 2383 025 108

1040 16082 29183 2418 026 098

410C4sa

tavlı90

1045 16366 29412 1997 026 073

1045 15965 28992 2166 026 066

1040 16086 29246 2223 026 073

1045 16053 29110 1867 027 080

Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum

miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila

44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum

alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik

accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir

fark tespit edilememiştir

Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki

deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n

değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır

4

n2nnn 45900 (51)

Burada

n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri

5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde

edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm

80

kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna

getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml

değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin

n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak

hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark

goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n

değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform

şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir

Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin

kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu

belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik

bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey

anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde

farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey

anizotropi katsayısının ortalaması

4

R2RRR 45900 (52)

şeklinde tanımlanır

R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı

R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı

R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır

R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir

[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin

bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi

katsayısı (ΔR)

2

R2RRR 45900 (53)

bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden

hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de

bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur

81

Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode

belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi

katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm

kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları

[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode

karşılaştırma amacı ile verilmiştir

Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri

sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney

sonuccedillarının [30] karşılaştırılması

Mg a

(MPa) ccedil

(MPa)

Uzama

(ort)

R0

(ort) R45

(ort) R90

(ort) R ΔR

5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005

5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042

5182-

DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030

5754-

DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026

Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında

5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir

İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı

malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı

malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir

malzemedir diyebiliriz

Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri

(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu

malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması

anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha

az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle

derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını

goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha

homojen olarak plastik deformasyona uğrar

82

Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)

miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve

duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma

davranışının arttığı goumlruumllmektedir

İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha

doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC

ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile

doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop

bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş

5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik

doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir

malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine

sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki

malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında

450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir

Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC

tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı

malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil

512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin

ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır

-042-030

-005

-026

087

069063062

-06

-04

-02

0

02

04

06

08

1

5052 5754-DC 5182-DC 5182

Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182

aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum

alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması

R

R

83

533 Erichsen Derinliği Tesbiti

Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini

tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki

numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve

bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve

deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden

ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir

Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları

ALAŞIM Sıkıştırma

Kuvveti (kN)

Bilya Ccedilapı

(mm)

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

Genel

Ortalama

Erichsen

Derinliği

(mm)

5052 10 10

94

asymp 95 95

95

5182 10 10

95

asymp 97 97

98

Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri

94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir

Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde

bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine

sahip olduğu soumlylenebilir

84

534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları

ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak

grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar

destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine

tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen

dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir

Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel

ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi

Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları

a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)

Numune1 34 100 5 150

Numune2 34 100 10 150

Numune3 34 100 15 150

Numune4 34 100 30 150

Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk

eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen

deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir

ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli

numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye

birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir

c

a

b

d c

b) a)

85

Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik

şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle

yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı

geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir

a)

b)

Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052

Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup

100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise

65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan

86

70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri

verilmektedir

a)

b)

Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052

Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre

hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak

goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında

ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile

sınır eğrileri elde edilmiştir

87

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme

noktasıdır

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

88

Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa

haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme

Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme

eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182

alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte

verilmiştir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

e2

e1

5052 5182

Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır

Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme

işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır

diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma

boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları

karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre

kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri

5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil

etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden

daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli

boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda

elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme

performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır

89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10 0 10 20 30 40

e2

e1

5182TRC 5182DC

Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme

Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)

İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182

alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda

goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182

alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli

eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen

ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi

ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı

goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra

germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri

goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp

geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir

90

535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi

Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode

incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma

karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik

intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma

yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma

yuumlzeyleri goumlsterilmektedir

Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)

Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)

91

Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik

goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde

youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden

suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila

goumlruumllmektedir

Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)

Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)

92

İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi

yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek

ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır

(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına

rastlanmıştır

a) b)

c) d)

e)

Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri

a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X

93

Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2

Silisyum Ka1 Demir Ka1

94

Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2

Aluumlminyum Ka1 Magnezyum

Ka1_2

Silisyum

Ka1 Demir Ka1

95

Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası

Aluumlminyum

Magnezyum Silisyum

Oksijen Demir

96

6 GENEL SONUCcedilLAR

Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki

aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin

incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir

1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme

mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum

alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha

yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından

incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir

2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı

segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı

segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan

ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir

3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen

ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer

almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen

aynıdır

4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon

sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr

5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında

5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının

Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir

6 Uumlccedil youmlnluuml (0045

0 90

0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen

R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450

youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak

şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı

97

malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği

(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk

olduğu ( R =062) tespit edilmiştir

7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri

arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182

alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir

8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize

eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma

yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg

inkluumlzyonlarına rastlanmıştır

9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları

Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı

malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha

yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin

daha iyi olduğu tespit edilmiştir

98

KAYNAKLAR

[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve

Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul

[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum

Products JOM 21-25

[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys

Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123

[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve

5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans

Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin

ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine

etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya

[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum

[7] httpwwwforesightproductionscom

[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications

Edimet Brescia

[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM

[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent

No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom

[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu

Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul

[12] httpwwwfosecocom

[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul

[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology