İMAL USULLERİ DÖKÜM 3

Ergitme ve Döküm Dökülecek metali eriterek döküm sıcaklığına ulaştırmak için eritme ocaklarından yararlanılır. Eritme işlemleri kimyasal bileşim değişimlerine göre üç sınıfa arılabilir: a) Ergitme: Burada ergitme sırasında kimyasal bileşim sabit kalır;örneğin saf metal. b) Ergitme ve bileşim ayarlama: Çoğu alaşımların ergitilmesinde olduğu gibi ergitme ile birlikte özellikle ısıl aktivitesi yüksek bazı elementlerin % oranları azalır ve bunu telafi etmek için bu elementler ilave edilerek olması gereken seviyeye getirilir.(Örneğin kupol ocağında dökme demir içindeki Si ve Mn’nın azalarak C,S, ve P’un artması)

Ergitme ve Döküm c) Ergitme ve Alaşım Hazırlama: Burada ergitme ve alaşım hazırlama birlikte yapılır. Ana metal ergitildikten sonra alaşım elementi ilavesi külçe, takoz, tel ve toz gibi çeşitli şekillerde yapılır. Çözünmenin gerçekleşebilmesi için bir süre beklenir. Daha sonra sıvı metalde oluşan çeşitli oksitleri yüzeyde toplayarak curuf oluşturulabilmesi için fluks malzemesi (örneğinkireçtaşı) ilave edilir. Azot ve argon gazı veya klor ve azot esaslı katı kimyasal maddelerle sıvı metalde çözünmüş olan gazlar giderilir. Tane inceltmek(tane rafinasyonu) için çekirdekleyici, dökme demirler ve Al-Si alaşımlarında sodyum, magnezyum gibi ilavelerden sonra sıvı metalin sıcaklığı kontrol edilerek kepçe veya pota yardımıyla kalıp boşluğunun dolması sağlanır.

Ergitme Ocakları Potalı Ocaklar Metal eritmede kullanılan en basit ve en eski araç, potalı ocaklardır.Bu ocakların sabit ve devrilebilen tipleri vardır.Ocakların dışları çelik saçtan, içleri ateş tuğlasındandır ve üzerinde açılıp kapanabilen bir kapaktan oluşur. Devrilebilir ocaklarda büyük potalar, sabit ocaklarda küçük potalar kullanılır. Kapasiteleri 15-1000 kg arasında değişir. Yakıt olarak çoğunlukla gaz ve sıvı yakıtlar, bazende kömür veya elektrik enerjisi kullanılır. Potalı ocaklarda genellikle aluminyum ve bakır alaşımları gibi düşük sıcaklıkta ergiyen demir dışı metaller eritilir.

Potalı Ocaklar b) Devrilebilir a) Sabit

Kupol Ocağı Kupol ocağı çelik saçtan yapılmış ve içi refrakter tuğla ile örülmüş silindirik düşey bir ocaktır. Dış çapları 1-2 m arasındadır ve boyları büyük değişiklik gösterebilir. Kupol ocakları dökme demir ergitmesinde kullanılır ve üretim kapasitesi 20 ton/saat’e kadar çıkabilir. Ocak içinde pik, hurda, kok ve kireçtaşı belli oranlarda ve birbirini izleyen tabakalar halinde üst üste yüklenir ve şarj alttan ergimiş metalin alınmasıyla ile kendi ağırlığı ile aşağı iner. Ocakta alttaki kok yatağına tüyerlerden üflenen havanın sağladığı yanma ile oluşan ısı, birbirini izleyen kok ve metal tabakalarından geçerek metali eritir. Eriyen metal, kok yatağından aşağı süzülerek ocak tabanında toplanır ve zaman zaman metal ağzından bir potaya alınır. Curufun alınması için ayrı bir ağız daha vardır.Metal çekilmeden önce curuf çekilir.

Kupol Ocağı

Elektrikli Ocaklar Elektrikli ocaklar ARK ocakları, İNDÜKSİYON ocakları ve DİRENÇ ocakları olmak üzere üç gruba ayrılır. Ark Ocakları Burada metalin ergitilmesinde, ocak içinde oluşturulan bir elektrik arkından açığa çıkan ısıdan yararlanılır. Elektrik arkı iki elektrot arasında oluşturulursa indirekt ark, elektrotlarla şarj metali arasında oluşturulursa direkt ark ocağı adını alır. Direkt ark ocağında genellikle 3 karbon elektrot bulunur; bu elektrotlara uygulanan gerilim düşük, akım ise yüksektir. Direkt ark ocaklarının kullanımı daha yaygındır. Pahalı olan bu ergitme yöntemi yüksek sıcaklıkta ergiyen kaliteli çeliklerin ve alaşımlı dökme demirlerin ergitilmesinde tercih edilirler.

Elektrikli Ocaklar Ark ocakları mekanik olarak devrilebilir karakterde yapıldıklarından, sıvı metali potalara almak ve sıvı metal üzerindeki curufu çekmek oldukça kolaydır. Bu ocaklarda fırın sıcaklığını 1800 C’ye çıkarmak mümkündür. Direkt ark ocaklarının kapasiteleri 1-1500 ton olabilir, ancak endüstride en çok 30-40 ton kapasiteye sahip olanlar kullanılır. Ergitme kapasiteleri çok daha düşük olan (en çok 1 ton) indirekt ark ocakları ise genellikle demir dışı metallerin ergitilmesinde kullanılırlar.

Elektrikli Ocaklar a) İndirekt ark ocağı b) Direkt ark ocağı

İndüksiyon Ocakları İndüksiyon ocakları elektrik enerjisini indüksiyon yoluyla ısı enerjisine çevirirler. Bu ocaklar çekirdeksiz ve çekirdekli (kanallı) olmak üzere iki gruba ayrılır. Her iki ocaktada elektrik bobini (Cu boru) bulunur. Bu bobinden geçen alternatif akım ile iletken metal üzerinde manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan sayesinde metal üzerinde oluşan indüklenmiş eddy akımları ısı oluşturur. Isı doğrudan doğruya eritilecek metal içinde ortaya çıktığından, çok temiz ve hızlı bir ergitme gerçekleşir. Isıtma sırasında ısı kaynağı ısıtılacak malzemeye doğrudan temas etmediği için malzeme yüzeyinden aşırı ısıdan zarar görme gibi etkiler ortadan kalkar, yüzey kalitesi artar. Isıtma derinliğini kontrol etmek mümkündür. Uygulanacak frekansa bağlı olarak malzemenin yüzeyinden istenen derinliğe kadar olan kısmın ısıtılması yapılabilir. Bu durum özellikle yüzey sertleştirme uygulamalarında bir avantajdır.

İndüksiyon Ocakları İndüksiyon ısıtma sırasında çalışma ortamını kirletecek gazlar yayınmaz. Çekirdeksiz tip indüksiyon ocağında potanın etrafı su ile soğutulan bakır borudan yapılmış bir bobin ile çevrilidir. Erimiş metalde oluşan akımlar aynı zamanda metal banyosunda bir karışma hareketi sağlar. Çekirdeksiz fırınlar ergitme ve aşırı ısıtma işlemleri için daha çok kullanılmaktadır. Çekirdekli ve kanallı tipte, sıvı metal hava ile soğutulan bobin etrafında bir kanal oluşturur. Bu ocakların elektrik verimleri daha yüksektir.Kanallı indüksiyon ocaklarında çalışmaya ilk başlarken kanalı dolduracak kadar bir sıvı metalin doldurulması gerekir (çekirdekli denmesinin sebebi ocak içinde sıvı metali çekirdek olarak tutma zorunluluğundan dolayı). Kanallı tip ocaklar genellikle eritme için değil, sıvı metali bekletme ve aşırı ısıtma gibi işlerde tercih edilirler.

İndüksiyon Ocakları a) Çekirdeksiz tip b) Çekirdekli tip

Direnç Ocakları Bu ocaklarda elektrik akımının bir direnç üzerinden geçmesi sırasında oluşan ısıdan yararlanılır.Dirençler tel olabildiği gibi, içinden yüksek akım geçirilen grafit ve silisyum karbür çubuklarda kullanılır. Direnç ocaklarının uygulama alanları çok sınırlı olup genellikle ergime sıcaklıkları düşük malzemeler için tercih edilirler.

Direnç Ocakları a) Tel direnç b) Çubuk direnç

Çeşitli Metallerin Yaklaşık Döküm Sıcaklığı MALZEME Döküm Sıcaklığı (C) Kır Dökme Demir 1250-1350 Temper Dökme Demir 1325-1400 Beyaz Dökme Demir 1280-1320 Dökme Çelik 1550-1600 Al-Sİ alaşımı 700-750 Al-Cu alaşımı 700-720 Pirinç 990-1010 Mg-alaşımları 720-770

Döküm Yöntemlerinin İşlem Kapasiteleri Kokil dökümler düşük ergime sıcaklığına sahip alaşımların dökümünde kullanılır ve aynı zamanda kalıp ömrü de artırılmış olur. Büyük dökümler (parça boyutu ve ağırlığı açısından) basit kum kalıplama ile hazırlanan kalıplarda veya CO2 silikat yöntemiyle hazırlanmış kum kalıplarda yapılabilir. Metal kalıpların üretim maliyeti yüksektir. Özellikle karmaşık dökümler için yapılan kalıpların maliyeti yüksektir. Dökümde minimum kesit kalınlığı sınırlayıcı parametrelerden birisidir. İnce kesitler basınçlı dökümle kolaylıkla dökülebilir. Ayrıca hassas dökümlede ince kesitli parçalar dökülebilir. Kokil kalıba döküm en iyi boyutsal hassasiyeti ve yüzey düzgünlüğünü verir. İnce refrakterlerin kullanıldığı hassas dökümde iyi bir yüzey düzgünlüğü sağlanırken, kum dökümde yüzey pürüzlülüğü yüksektir.

ÇELİĞE UYGULANAN TAVLAMA İŞLEMLERİ

Tam Tavlama (Full Annealing) Tam tavlama talaşlı işlem veya plastik deformasyon yoluyla şekillendirilecek olan az veya orta karbonlu çeliklere uygulanır. Ötektoid altı çeliklerde tam tavlama için, A3 sıcaklığının 30 C üzerine (östenit bölgesine) ısıtma ve fırında yavaş soğutma yapılır. Yavaş soğuma sonrasında iri taneli ferrit+perlit oluşur; mukavemet düşük, süneklik yüksektir. Ötektoid üstü çelikler A1 sıcaklığının 30 C üzerine (sementit+östenit iki fazlı bölge) ısıtılır ve fırında yavaş soğutulur; Acm sıcaklığının 30 C üzerine ısıtılmaz. Çünkü yavaş soğuma esnasında östenit tane sınırlarında sementit ağı oluşur; buda çeliğin sert ve gevrek olmasına yol açar. Çeliğin A1 sıcaklığının üzerinde tavlanması sementitin yuvarlak formda oluşmasına yol açar; oluşan yapı iri taneli sementit ve perlittir.

Normalleştirme (Normalizing) Bu tavlama işleminin amacı küçük ve eşeksenli taneler oluşturarak çelikte tokluk ve mukavemeti artırmaktır. Şu işlemlerden sonra uygulanabilir: Soğuk şekil verme (uzamış taneler) Döküm (iç yapısı değiştirilebilir) Sıcak haddeleme (bantlı iç yapı) Kaynak (değişik tane büyüklüğü) Homojenleştirme tavı (irileşmiş taneler) Bu tavlamada ötektoid altı çelikler A3, ötektoid üstü çelikler Acm sıcaklığının 55 C üzerine ısıtılır ve fırından dışarı çıkarılarak havada soğutulur. Oluşan iç yapı ince tanelidir.

Yeniden Kristalleşme Tavı % 0.25’den daha az karbon içeren çelikler soğuk deformasyon ile sertleştirilir. Bu tavlama soğuk deformasyon sonucu pekleşen malzemenin (mukavemet artar, süneklik azalır) özelliklerini başlangıç durumuna getirmek için uygulanır. Böylece daha sonraki şekil verme işlemi için gerekli olan süneklik malzemeye tekrar kazandırılır. Bu işlem sonucunda iç yapı yeniden kristalleşir. Daha önce şekil değişimi yönünde uzayan tanelerin yerine eşeksenli taneler oluşur. Bu tavlama işlemi 700 C’de gerçekleştirilir. Tavlama işlemi esnasında tav süresi ve sıcaklığı oldukça önemlidir. Bunlar uygun seçilmediği takdirde tane irileşmesi tehlikesi vardır.

Gerilim Giderme Tavı Döküm, kaynak ve talaşlı işleme sonucunda parça içinde iç gerilmeler oluşabilir. Bu iç gerilmeler malzeme içinde ani çarpılmalara (şekil değişikliğine) veya çatlamaya yol açabilir. Bu tavlama işlemi parçada oluşan bu iç gerilmeleri yok etmek için uygulanır.Tavlama işlemi 600-650 C arasında yapılır. Bu işlemde soğutma yavaş yapılmalıdır. Aksi halde sıcaklık farkından dolayı parçada iç gerilmeler yeniden oluşabilir.

Küreselleştirme (Yumuşatma)Tavlaması (Spheroidizing) Yüksek karbonlu (ötektoid üstü) çelikler yapılarında büyük miktarda sementit (Fe3C) içerdiklerinden işlenebilme kabiliyetleri zayıftır. Bu çeliklerde bulunan sementit işlenebilirliği büyük ölçüde düşürür. Sementit sert ve gevrek olduğundan kesici takım tarafından kesilemez ve sementit levhaları kesme işlemi esnasında kırılır ve parçanın yüzey kalitesini bozar. Yüzey işlenebilirliğini artırmak için küreselleştirme tavlama işlemi uygulanır.Tavlama işlemi A1 sıcaklığının hemen altında çok uzun süre bekletilerek yapılır. (700 C de 15-25 saat) Bu tavlama işlemi ile sementit levhaları küresel hale getirilir. Küresel sementitli çelikler yüksek sünekliğe (yüksek şekil alma kabiliyeti) ve işlenebilme kabiliyetine sahiptirler.

Homojenleştirme (Difüzyon) Tavı Homojenleştirme tavı çeliklerde mikrosegragasyonu (kimyasal bileşimdeki farklılık) gidermek için uygulanır. Bu işlem 1100-1300 C arasında ve çok uzun sürelerde (50 saat gibi) gerçekleşir. Ancak artan sıcaklık nedeniyle homojenleştirme genellikle aşırı tane büyümesine yol açar. Malzeme içinde gevreklik veren katışkılardan çözünebilir olanları homojenleştirme esnasında tane sınırlarından tane içlerine doğru yayınır. Çözünmeyen bileşikler (karbürler, oksitler, nitrürler) ise küresel bir şekil alır.Böylece mekanik özelliklerde iyileşme görülebilir.

Çeliklerin Sertleştirilmesi (Su verme) (Östenitin hızlı dönüşümü) Çeliklerde içyapı ve dönüşüm sıcaklıklarının Demir-karbon denge diyagramına tam uyması ancak yavaş soğuma halinde mümkündür.Yavaş soğuma hızlarında karbon atomları östenit fazından dışarı çıkma imkanına sahiptir(karbon difüzyonu için yeterli zaman mevcut). Soğuma hızlandırılırsa, karbon atomlarının östenit kristal yapıyı terketmesi için gerekli zaman azalmış olur. Sonuçta östenitin hızlı soğuması ile olan bu yapıya martenzit denir.Martenzit karbonca aşırı doymuş Hacim Merkezi Tetragonal (HMT) yapıdadır.Martenzit oluşumunda östenit kristal kafesi şekil değiştirir ve tetragonal hale gelecek şekilde uzar. Martenzit her türlü şekil değişimine karşı yüksek bir mukavemet gösterir. Bu nedenle martenzitik yapı çok sert ve kırılgandır.

Hızlı Soğutma ile Sertleştirme (a) Isıtma, (b) Ostenitleme, (c) Su Verme ve (d) Temperleme

Martenzitik Dönüşümün Karakteristiği Martenzitin sertliği içerdiği karbon miktarına bağlıdır; karbon miktarı arttıkça sertlik ve mukavemet artar, aksine süneklik düşer. Martenzitik dönüşüm difüzyonsuzdur. Dönüşüm sadece sıcaklığın düşmesine bağlıdır. Zamana bağlı değildir. Sıcaklığın düşüşü durdurulursa, martenzitik dönüşümde durur. Ms sıcaklığı (martenzit teşekkülü başlangıç noktası) kimyasal bileşime bağlıdır (karbon ve alaşım elementleri miktarına) Martenzit kararlı bir faz değildir. Buna rağmen ısıtılmadığı sürece oda sıcaklığında veya civarında sonsuza kadar kararlı kalabilir.

Serleştirme uygulama usulü Sertleştirme su verme sıcaklığına kadar ısıtma ve su verme işleminden ibarettir. Sertleştirme işlemi için çeliğin önce östenitleştirilmesi gerekir. Yani çeliğin A3 veya A1 sıcaklığının 30-50 C üzerine ısıtılması ve yapının tamamen östenite dönüşmesine kadar bekletilmesi gerekir. Su verme ortamı, çeliğin ısısını, kritik soğuma hızını aşacak şekilde emmelidir. Ancak bu şekilde östenitten martenzitik bir içyapı oluşur. Kritik soğuma hızı çeliğin kimyasal bileşimine bağlıdır. Alaşımsız çeliklerde karbon miktarı azaldıkça bu hız yükselir. Alaşım elementleri özellikle Mangan soğuma hızını düşürür. Kullanılan su verme ortamları; su ve suyun soğutucu tesirini artıran maddeler (NaOH veya tuz ilavesi), yağ ve havadır. Alaşımlı çeliklerde yağ ve su gibi soğutma gücü zayıf olan su verme ortamları bile martenzit oluşturmak için yeterli olabilir. Dolayısıyla alaşımlı çeliklere bu nedenle genel olarak yağda veya havada su verilir.

Çeliğin Temperlenmesi Temperleme martenzitik bir çeliği daha yumuşak ve sünek yapmak için A1 sıcaklığının altında 250-650 C arasında ısıtmaktır. Parçada oluşan iç gerilmeleri önlemek amacıyla temperlemeden sonraki soğutma yavaş yapılmalıdır. Ancak yavaş soğutma sonucunda darbe tokluğu azalır. Bu olaya temper gevrekliği denir. Suda hızlı soğutma ile temper gevrekliği önlenebilirsede bu tehlikeli iç gerilmelere yol açacağından uygulanmaz. Çeliğe % 0.2 ile % 0.1 arasında molibden katılarak temper gevrekliği eğilimi oldukça azalır.

Çeliğin Mekanik Özellikleri

Çeliğin Temperlenmesi

DÖKME DEMİRLER Dökme demir içerisinde %2.5-%4 karbon, % 3.5’e kadar silisyum ve mangan, fosfor, kükürt ihtiva eden bir demir karbon alaşımıdır. Dökme demirlerin genel özellikleri: Düşük sıcaklıklarda ergime Düşük maliyet Döküme elverişlilik Yüksek basma mukavemeti Yüksek aşınma direnci Dökme demir içerisinde karbon ya serbest halde (grafit) veya bağlı halde (Fe3C, sementit) bulunur.Karbonun serbest veya bağlı olmasına, karbon ve silisyum oranları, soğuma hızı ve ısıl işlem durumu etki etmektedir.

DÖKME DEMİRLER Yüksek silisyum oranı ve yavaş soğuma sonucunda grafit oluşur. Düşük silisyum oranı ve hızlı soğuma sonucunda sementit oluşur. Dökme demir türleri şunlardır: Gri Dökme Demir Küresel (Sfero) Dökme Demir Beyaz Dökme Demir Temper Dökme Demir

Gri (Kır) Dökme Demir Yüksek karbon (% 3.5) ve silisyum(%2.5) içeren dökme demirlerin yavaş soğumaları sırasında, karbonun grafit halinde ayrışmasıyla oluşan dökme demir türüdür. Grafitler lameller halindedir. Kır dökme demir kırılgandır; Çünkü grafit lamellerin keskin uçları gerilmenin yoğunlaştığı bölgelerdir. Fakat gri dökme demirlerin basma mukavemeti yüksektir (Çekme mukavemetinin 3-5 katı). Demir alaşımları içerisinde işlenebilme kabiliyeti en yüksek olan gri dökme demirdir. Çünkü gri dökme demirdeki grafit lamelleri uzun talaş oluşumunu engeller.

Gri (Kır) Dökme Demir Gri dökme demirin titreşimleri söndürme(yutma) kabiliyeti çok iyidir. Çünkü grafit lameller titreşimlerin iletimini durdururlar. Bundan dolayı makina gövdelerinin yapımında kullanılırlar. Korozyona karşı dayanıklılığı yüksek olup su tesisatlarında geniş uygulama alanı bulurlar. Şekil değiştirme kabiliyeti yok denecek kadar az olduğundan dövme yoluyla şekillendirilemezler. Yüksek aşınma direncine sahiptirler. Döküm kabiliyeti yüksektir. Bütün metalik malzemeler içinde en ucuz malzemedir.

Küresel Dökme Demir Gri Dökme Demir

Küresel Dökme Demir Ergimiş haldeki gri dökme demir içerisine magnezyum (% 0.05 Mg) veya seryum (% 0.05 Ce) katılmasıyla, katılaşma sonunda grafitin küresel biçim alması sağlanır. Böylece elde edilen yapıya küresel dökme demir denir. Küresel dökme demir yüksek çekme mukavemetli, yüksek süneklikte, kolay işlenebilir ve korozyona dayanıklı bir malzemedir. Endüstriyel uygulaması oldukça geniştir. Örneğin, krank mili,kam mili, dişli, şahmerdan örsleri, dizel motorlarda, hadde silindiri, makina gövdeleri, şehir suyu boru iletim hatları.

Beyaz Dökme Demir Beyaz dökme demirde karbon sementit (Fe3C) halinde bulunur. Si oranı %1.5’dan azdır. Kırıldığında beyaz bir kırık yüzeye sahip olduğundan bu isim ile bilinir. Yapısında sementit içerdiğinden çok sert , kırılgan ve aşınma dayanımı yüksektir. Çok hızlı soğutmayla elde edilir. İşlenemez ve kaynak edilemez. Ancak taşlanarak şekillendirilir. Kam mili ve hadde silindirleri, vagon tekerlekleri, değirmen öğütme plakaları ve cevher kırma merdaneleri beyaz dökme demirden yapılır.

Temper Dökme Demir Temper dökme demir beyaz dökme demirlerin 800-900 C’de nötr atmosfer içinde çok uzun bir süre temperlenmesiyle elde edilir.Temperleme ısıl işlemiyle beyaz dökme demirin içyapısındaki karbürler parçalanır ve karbon temper grafiti olarak rozet şeklinde ayrışır. Grafilerin içyapısındaki bu yeni dağılımı çentik etkisini azalttığından dayanımı ve sünekliği artar. Temper dökme demirlerin talaş kaldırma özelliği iyidir ve darbelere karşı dayanıklıdır. Temper dökme demir özellikle darbeye dayanıklı olması istenen ince cidarlı, karışık şekilli parçaların döküm yoluyla üretilmesinde kullanılır. Örneğin; kerpeten, pense, anahtargibi el aletleri, ev eşyası, demiryolu ekipmanları, direksiyon aksamları, krank mili, fren tamburu gibi otomotiv sanayinde.

Beyaz Dökme Demir Temper Dökme Demir

Alüminyum ve Alaşımları Alüminyum alaşımları düşük yoğunlukları, yüksek ısı ve elektrik iletkenlikleri, bazı ortamlarda korozyon özelliklerinin iyi olması yanında, kolay eritilebilen ve döküm özellikleri de iyi olan malzemelerdir. Alüminyum YMK yapıda olduğundan dolayı sıfırın altındaki sıcaklık larda bile darbeye dayanıklıdır. Sünekliliğinden dolayı soğuk haddeleme, dövme gibi işlemler kolayca uygulanabilir. Çekme ve akma mukavemeti çeliğinki kadar yüksek değildir. Alüminyum alaşımlarının kullanımını kısıtlayan en önemli faktörlerden biri alüminyumun düşük ergime sıcaklığı (660 C) ve buna bağlı düşük sürünme sıcaklığıdır (300 C’in üzerinde sürünme hızı artar). Buna karşılık oksidasyona direnç Al ve alaşımlarında yüksektir. Alüminyum üzerinde çok ince bir Al2O3 filmi oluşur ve film alüminyumu korozyona karşı korur. Bu filmin tam oluşamadığı ortamlarda alüminyum korozyona uğrar.

Alüminyum ve Alaşımları Alüminyum alaşımlarından dökülmüş parçalarda en çok rastlanan hata gözenekliliktir. Bunun nedeni alüminyum alaşımlarının gazları çözündürme meylinin yüksek oluşu ve çözünmüş gazların katılaşma sırasında açığa çıkmasıdır.Havadaki su buharının alüminyum ile reaksiyonu sonucunda hidrojen açığa çıkar. Bu ise alüminyumun içinde gözenekliliğe yol açar. Bu nedenle yanma gazlarında nem bulunan potalı ocaklar yerine ergitmede elektrik ocakları tercih edilmelidir. Ayrıca bir gaz giderme işlemi uygulanmalıdır. Saf Al ve Al alaşımları soğuk işlem yolu ile sertleştirilebilir. Fakat çoğu Al alaşımları çökelme sertleştirilmesi (yaşlanma) ile sertleştirilir.

Alüminyum ve Alaşımları Al alaşımları iki şekilde piyasaya sunulur: İşlenmiş Al alaşımları (Haddeleme, dövme, presleme gibi işlemlerle şekil verilmiş) Döküm Al alaşımları (Son şeklini doğrudan doğruya dökümle almış) Alüminyum dökme alaşımları Al dökme alaşımları ısıl işlem uygulanan ve uygulanmayanlar olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Al-Bakır alaşımları : Çökelme sertleşmesi yoluyla yüksek mukavemet değerlerine ulaşılabilir. Ancak korozyon dayanımları diğerlerinden daha düşüktür.

Alüminyum Döküm Alaşımları Al-Silisyum alaşımları: Bu alaşımların döküm özellikleri çok iyidir. Genellikle çökelme sertleşmesi yöntemiyle sertleştirme yapılmaz.%12.5Si içeren Al-Si alaşımı iyi dövülebilirlik ve düşük ısıl genleşme özelliğine sahiptir. Kum döküm Al-Si alaşımının yapısı, dökümden hemen önce az miktarda sodyumun (%0.025) ilavesi ile oldukça inceltilebilir. Al-Magnezyum alaşımları: % 5’ten az Mg içeren alaşımlarına çökelme sertleşmesi uygulanmaz. % 10 Mg içeren Al-Mg alaşımına çökelme sertleşmesi uygulanabilir. Bu alaşımların deniz suyu gibi ortamlarda korozyon dayanımı yüksektir (deniz suyunda çalışacak konstrüksiyonlarda kullanılırlar). Al-Mg alaşımlarının döküm özellikleri iyi değildir.

Alüminyum Döküm Alaşımları Al-Silisyum-Magnezyum alaşımları: Bu alaşımlara çökelme yaşlanması uygulanabilir. Yaşlanma sırasında çökelen Mg2Si fazı mukavemet ve sertliği artırır. Bu alaşımların üstün korozyon dirençleri vardır ve diğer ısıl işlem uygulanabilir alaşımlara göre işlenebilirlikleri iyidir. Al-Si-Mg alaşımlarının döküm özellikleride iyidir. Uçak sanayinde, makina parçaları yapımında kullanılır. Al-Çinko-Magnezyum alaşımları: Bu alaşımlara çökelme yaşlanması uygulanabilir.Al alaşımları içinde en yüksek mukavemet değerlerine bu gruptaki alaşımlar sahiptir. Ayrıca talaşlı işlenebileme kabiliyetleri ve korozyon dayanımları da yüksektir.Bu alaşımlar uçak sanayinde kulanılır.

YAŞLANDIRMA VEYA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ Demir içermeyen alaşımların sertlik ve mukavemetini artırmak için uygulanan yöntemlerin başında yaşlandırma işlemi gelmektedir. Yaşlandırma işlemi solvüs eğrisi içeren yani katı çözünürlüğü artan sıcaklıkla artan veya azalan sıcaklıkla azalan alaşım sistemlerine uygulanır. Al-%4 Cu alaşımı (duralümin) bu alaşımlara iyi bir örnektir. Yaşlandırma işlemi aşağıdaki işlem basamaklarından oluşur: 1) Çözündürme veya çözeltiye alma: Uygun bileşimdeki bir alaşım (C) tek fazlı (α) bir yapı elde etmek amacıyla T1 sıcaklığına kadar ısıtılır ve alaşımdaki bütün fazların tek bir faz içerisinde çözünmeleri sağlanıncaya kadar bu sıcaklıkta bekletilir.

2) Su verme : Çözündürme işleminden sonra alaşım hızla soğutularak (su verme) aşırı doymuş α katı çözeltisi elde edilir. 3) Yaşlandırma: Aşırı doymuş α katı çözeltisi kararsız durumdadır. α katı çözeltisini kararlı hale getirmek için yaşlandırma işlemi uygulanır. Yaşlandırma işlemi oda sıcaklığı ile solvüs çizgisi arasındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilirse yapay yaşlandırma, oda sıcaklığında gerçekleştirilirse doğal yaşlandırma denilir. Yaşlandırma işlemi; a) hazırlık (kuluçka) devresi b) yaşlandırma devresi c) aşırı yaşlandırma devresi olmak üzere üç aşamadan oluşur.

Hazırlık devresinde çözelti içerisindeki fazlalık çözünen element atomları bir araya gelip, kümelenerek ilk çekirdeği oluştururlar. Yaşlandırma aşamasında ara faz veya geçiş  fazı meydana gelir. Bu geçiş fazının kafes yapısı matrisin kafes yapısı ile uyumlu veya bağdaşıktır. Bu nedenle matrisin kafes yapısında çarpılma meydana gelir. Matrisin kafes yapısında meydana gelen çarpılmanın dislokasyon hareketini zorlaştırması veya engellemesi nedeniyle bu aşamada alaşımın mukavemetinde hızlı bir artış meydana gelir. Aşırı yaşlandırma döneminde çökelen faz kendi kafes yapısını oluşturarak matrisin kafes yapısından ayrılması sonucunda, matris ile çökelti arasındaki bağdaşıklık durumu ortadan kalkar ve matris kafesinde çarpılma azalır. Çarpılma azaldığı için alaşımın mukavemetinde azalma meydana gelir.

Yaşlandırma işlemindeki etkin mekanizma çekirdekleşme ve büyümedir Yaşlandırma işlemindeki etkin mekanizma çekirdekleşme ve büyümedir. Bu mekanizmada difüzyona bağlıdır. Düşük sıcaklıklarda difüzyon hızı düşük olduğundan çekirdekleşme hızıda büyüme hızıda düşüktür. Yüksek sıcaklıklarda çekirdekleşme hızıda büyüme hızıda yüksektir. Bu nedenle yüksek sıcaklıklarda yapılan yaşlandırma işlemlerinde oluşan çökeltiler hızla büyür. Çökeltilerin hızlı büyümesi sonucunda da yaşlandırılan alaşımlarda daha düşük mukavemet elde edilir. Bir başka deyişle yüksek sıcaklıklarda yapılan yaşlandırma işlemlerinde düşük sıcaklıklara kıyasla daha düşük mukavemet değerleri elde edilir.

Yaşlandırma sırasında alaşımın kafes yapısında çarpılma meydana gelmesi nedeniyle sertlik ve mukavemeti artar. Buna karşılık elektriksel iletkenliği ile sünekliği azalır. Aşırı yaşlandırma döneminde ise kafes yapısındaki çarpılmadaki azalmaya bağlı olarak alaşımın sertlik ve mukavemeti azalırken, elektrik iletkenliği ve sünekliği belirli ölçüde artar.