SAKARYA N VERS TES MHEND SL K FAKLTES

METALURJ VE MALZEME MHEND SL

BLM

2011 2012 E itim retim Dnemi GZ Yar y l

Metalurji ve Malzeme Mhendisli i Tasar m (MMM 407)

DNEM SONU RAPORU

Proje Konusu: Alminyum Is l lem F r n Tasar m

Projede Grev Alan renciler: Hasan ALGL (G0801.08063) Mustafa Koray ARABACI (G0801.08065) Ahmet ARTUR (G0801.08078)

Proje Dan man Cuma B NDAL (Prof.Dr.)

Ocak 2012

1

GR

........4

1.ALM NYUMUN ENDSTR DEK YER ......4 2. ALM NYUMUN ZELL KLER ......5 3. ALM NYUM ALA IMLARI ......6 3.1Alminyum Ala mlar n n Kodlama Sistemleri ...6 3.1.1 Mekanik lem (Dvme) Ala mlar ......6 3.1.1.1 Alminyum 1XXX Serisi ...6 3.1.1.2 Alminyum 2XXX Serisi .......7 3.1.1.3 Alminyum 3XXX Serisi ...7 3.1.1.4 Alminyum 4XXX Serisi ...7 3.1.1.5 Alminyum 5XXX Serisi ...7 3.1.1.6 Alminyum 6XXX Serisi ...8 3.1.1.7 Alminyum 7XXX Serisi ...8 4. ALA IM ELEMENTLER N N ALM NYUMA ETK S .....9 4.1 Bak r n Etkisi .9 4.2 Silisyumun Etkisi ....9 4.3 Magnezyumun Etkisi .....9 4.4 Manganezin Etkisi 10 4.5 inkonun Etkisi 10 4.6 Titanyumun Etkisi 10 4.7 Demirin Etkisi ...10 5. ALM NYUM ALA IMLARI VE ISIL LEMLER ...................................................10 5.1. Alminyum Ala mlar n n Sembolle tirilmesi ..............10 5.1.1 Temel Temper Tasar mlar .....11 5.2 Alminyum ve Ala mlar na Uygulanan Is l lemler ..... 12 5.2.1 Ya lanma Is l lemi ........13 5.2.1.1 Solsyona Alma .. 14 5.2.1.2 Su Verme (So utma) ....16 5.2.1.3 Ya lanma lemi .......17 .21 5.2.1.4 kelme Sertle mesi le Dayan m Art 6. ALM NYUM ISIL

5.2.1.5 A r Ya lanma .22 LEM FIRINLARI ......24 6.1 Kal p Is tma F r n ................24 6.2 Alminyum Billet-Ktk Is tma F r n ..24 6.3 Homojenizasyon F r n ....24 2

6.4 Solsyon Alma F r n .24 7. ISIL LEM ORTAMLARI ...............24 7.1.1. Egzotermik gaz atmosferi ....25 7.1.2. Endotermik gaz atmosferi ....25 7.1.3 nert gaz atmosferi ........................25 7.2 Vakum Ortam ....................................25 8. TERMOKUPL ELAMANLARLA SICAKLIK LMEK 26 8.1 Termokupl e itleri ...............26 9.REZ STANSLAR .27 9.1. Rezistans Hesaplamalar ..28 10. ISITICI C HAZLARDA KULLANILAN MALZEMELER 28 7. 1 A k Atmosfer Ortam ..........24

3

GR Malzeme bilimi alan nda, yksek a nma direnci, yksek dayan m/yo unluk, iyi korozyon dayan m sergileyen hafif malzemelerin geli tirilmesi iin ok say da al ma yap lmaktad r. nemli endstri dallar ndan otomotiv, elektronik, spor, havac l k ve uzay gibi uygulama alanlar nda malzeme performans n n artt r lmas na ynelik bu zellikler nem kazanmaktad r (Fang and Chuang, 1999; Haque and Sharif, 2001; ifti, 2003). Malzeme bilimi alan nda en nemli zellikleri kendi bnyesinde bulunduran mhendislik malzemelerinden birisi de alminyum ve ala mlar d r. Alminyum ve ala mlar n n en nemli avantajlar kolay i lenebilirli i, yksek s l ve elektrik iletkenli idir. Ayr ca alminyum ve ala mlar , d k sertlik ve a nma direncine sahip olmas na ra men bu malzemeler endstrilerde zellikle tribolojik uygulamalarda, demir ve elikten sonra en fazla kullan lan mhendislik malzemesidir (Sun et al., 1999; Kaar et al., 2003; Gavgali et al., 2004; Liao et al., 2004; Ghazali et al., 2005; Man et al., 2007). Alminyum ala mlar , gnmz teknolojisinin vazgeilmez malzemelerinden biri haline gelmi tir. Alminyumun kullan m s ras nda nemli sorunlar ortaya kmaktad r. zellikle mekanik zelliklerinin yetersizli i ve a nma problemleri nedeniyle alminyuma ala m elementleri ilave edilmesiyle birlikte e itli s l i lemler uygulanarak, a nma direncinin artt r lmas na ynelik al lmalar ok fazla nem kazanm t r (Sun et al., 1999; Ayd n, 2002). Alminyum ala mlar n n dayan m , a nma direnci ve di er mekanik zelliklerinin iyile tirilmesi iin kullan lan en nemli yntemlerden biri s l i lemidir. Endstri ve di er uygulamalarda en yayg n olarak kullan lan s l i lem yntemi, ya land rma s l i lemidir. Bu yntemle, ikinci faz keltilerinin mikro yap ierisinde olu mas sa lanmaktad r. Olu turulan bu fazlar, s cakl a ve zamana ba l olarak malzemenin sertli ini ve mekanik dayan m n artt rmaktad r (Kaar et al., 2003). 1.ALM NYUMUN ENDSTR DEK YER Alminyum, yeryznde oksijen ve silisyumdan sonra en ok bulunan nc element olmas na ra men, endstriyel apta retimi 1886 y l nda elektroliz ynteminin kullan lmaya ba lanmas ile gerekle mi tir (URL-1, 2007). Alminyum, metal pazar nda demir ve elikten sonra ikinci s ray almaktad r. 1900l y llar n ba lar nda yayg n olarak kullan lmaya ba lanan alminyumun birok stn zellikleri sayesinde endstride kullan m alan her geen gn artmaktad r (Do an, 1989; Ayd n, 2002). ekil-1de 1997-2000 y llar na 4

gre alminyumun dnyadaki retim miktarlar verilmi tir. Alminyum, ta t aralar , uzay meki i, uak, ambalaj ve paketleme, dekorasyon, ileti im, s yal t m ve daha pek ok alanda kullan lmaktad r. Alminyum, retiminden tketimine kadar evreyle dost ve geri dn ml olmas nedeniyle nemli bir avantaja sahiptir (URL-2, 2007).

ekil1.1 Y llara gre alminyumun dnyada retimi (URL-1, 2007). 2. ALM NYUMUN ZELL KLER Alminyumun fiziksel zellikleri ok az miktarda da olsa di er elementlerin ilavesinden byk lde etkilenir. Tablo2.1de % 99,995 safl ktaki alminyumun zellikleri verilmi tir. Tablo 2.1 Saf alminyumun zellikleri

Alminyum korozyona dayan kl bir malzemedir. Alminyumun yzeyinde olu an kararl A12O3 tabakas korozyonu nler ve metali korur. Alminyum safla t ka korozyon direnci ve iletkenli i artar. Ayr ca dayan m so uk i lemle nemli lde artt r labilir (Karak lak, 1978; Do an, 1989). 5

3. ALM NYUM ALA IMLARI Alminyum ala mlar ; silisyum, bak r, magnezyum, inko ve mangan ana ala m elementlerinden birini ya da birka n ierirler. Demir, krom ve titanyum gibi elementler ise d k miktarlarda bulunabilmektedir. Bunlar n yan s ra zel baz ala mlarda nikel, kobalt, kalay, kur un ya da vanadyum bulunabilmektedir. Alminyum ala mlar na ilave edilen ala m elementlerinden Cu, Mg, Mn, Fe, Pb, Bi gibi elementler alminyumun mekanik zelliklerini olumlu ynde etkilemektedir. Ayr ca alminyum ala mlar na uygulanan s l i lemler, malzemelerin mekanik zelliklerini do rudan etkiledi inden a nma direncini artt r c ynde etkili olmaktad r (Ayd n, 2002). 3.1Alminyum Ala mlar n n Kodlama Sistemleri Alminyum ala mlar rne ekil verme yntemine gre mekanik i lem (dvme) ala mlar ve dkm alminyum ala mlar olmak zere iki ana gruba ayr l r. 3.1.1 Mekanik lem (Dvme) Ala mlar

Drt basamakl say sal bir tasar m sistemi olan mekanik i lem (dvme) alminyum ala mlar n belirlemek iin kullan l r. Drt basamakl say sal simgenin ilk rakam ala m n hangi temel ala m elementini ierdi ini gsterir. Tablo3.1de gsterildi i gibi 1XXX serisi saf alminyumu ifade eder. Son iki basamak alminyumun safl alminyum ala m gruplar Tablo3.1de verilmi tir. Tablo 3.1 Mekanik i lem (dvme) ala mlar n n kodlama sistemi. n gsterir. kinci basamak orijinal ala m n modifikasyonunu veya empurite s n rlar n gsterir.Mekanik i lem (dvme)

3.1.1.1 Alminyum 1XXX Serisi 1XXX Serisi ticari olarak saf alminyumu ifade eder ve en az % 99 alminyum ierir. Bu malzemelerin, ekillendirilmesi, elektrik iletkenlikleri ve korozyon direnleri olduka 6

yksektir. 1XXX serisinin son iki rakam ise, % 99 de erinden sonraki k sm belirlemede kullan l r. rne in 1100 malzemesinin % 99.00 oran nda, 1050 malzemesinin % 99.50 oran nda ve 1060 malzemesinin ise % 99.60 oran nda saf alminyum ierdi ini belirtir (Altenpohl, 1998, z, 2007). 3.1.1.2 Alminyum 2XXX Serisi Alminyum-bak r-magnezyum ala mlar , ilk olarak kelme sertle tirilmesi yap labilen ala mlard r. kelme sertle tirilmesi yap lan ilk ala m 2017 ala m d r. Bu ala mlar yap ierisinde zellikle % 4 Cu, % 0,6 Mg ve % 0,7 Mn bulunmaktad r. Yap ierisinde a rl ka bulunan % 4,4 Cu, % 0,5 Mg, % 0,8 Mn ve % 0,8 Si'lu 2014 ala m yapay ya land rmaya 2017 ala m ndan daha fazla tepki vermesi iin daha sonra geli tirilmi tir. Bugn en ok kullan lan Al-Cu-Mg ala mlar ndan biridir. Yksek dayan m, magnezyum ieri ini % 0,5den % 1,5e karmakla elde edilmi tir. Magnezyumun, alminyum-bak r ala mlar na ilavesi alminyum bak r ala mlar nda kelti sertle mesini olduka h zland r r ve yo unla t r r (Altenpohl, 1998, z, 2007). 3.1.1.3 Alminyum 3XXX Serisi Alminyum 3XXX serinin en nemli ala m elementi manganezdir. Ala mda, d k oranlarda yani % 1,2 oran nda manganez dayan m artt rmaktad r. Bu serideki, 3003, 3004 ve 3105 ala mlar n n, korozyon direnci ve i lenebilirli i yksektir. 3XXX serisi ala mlar, yayg n olarak e itli konstrksiyonlarda, at sistemleri ve at kaplamalar gibi mimari alanlarda kullan l r (Altenpohl, 1998, z, 2007). 3.1.1.4 Alminyum 4XXX Serisi Alminyum 4XXX serisindeki ala mlara, silisyum ilave edilerek, kaynak ve lehimleme i lemlerinde ergime noktas d rlmekte, bylece ala m n kaynak ve lehimleme kabiliyeti iyile tirilmektedir. Silisyumun ala m n ak c l k zelli ini artt rmas nedeni ile zellikle dkm teknolojisinde, geometrisi karma k ekillerin retilmesine imkan vermektedir. Alminyum 4043 ala m , yayg n olarak kaynak dolgu teli olarak kullan lmaktad r (Altenpohl, 1998, z, 2007). 3.1.1.5 Alminyum 5XXX Serisi Alminyum 5XXX serisi, yksek dayan m ve korozyon direnci sa layan magnezyum elementini iermektedir. Gemi iskeletleri ve di er denizcilik uygulamalar nda, kaynak 7

tellerinde kullan l r. Bu serideki ala mlar n dayan m , magnezyum miktar n n oran na ba l olarak de i ir (Altenpohl, 1998, z, 2007). 3.1.1.6 Alminyum 6XXX Serisi Alminyum 6XXX ala mlar, belirli oranlarda magnezyum ve silisyum iermesi nedeni ile Mg2Si keltisi olu turur. yi derecede dayan m ve korozyon direncine sahiptir. AA 6061 ala m ise, d k karbon elikleri ile k yaslanabilecek akma dayan m na sahip, en yayg n kullan lan ala mlardan biridir (Altenpohl, 1998, z, 2007). 3.1.1.7 Alminyum 7XXX Serisi Bu serinin en nemli ala m elementi inkodur. 7XXX serisi, alminyuminkomagnezyum ala mlar (rne in 7005) ve alminyuminkomagnezyum bak r ala mlar (rne in 7075 ve 7178) olmak zere iki alt gruba ayr lmaktad r. Minimum ekme dayan m 580 MPa olan 7178 ala m , uak yap malzemesi olarak kullan lmaktad r. Bak r ile desteklenen 7XXX serisi alminyum ala mlar n n korozyon direnci, (Altenpohl, 1998; z, 2007). ekil3.1de belirtildi i gibi 1XXX, 3XXX, 5XXX veya 6XXX serisi alminyum ala mlar ndan daha d ktr

ekil 3.1 Alminyum ala mlar n n kullan m alanlar ve zellikleri ekil 3.1de gsterildi i gibi alminyum ve ala mlar ndan olan 1XXX, 3XXX ve 5XXX serilerinin ta ma, mhendislik, in aat ve yap uygulama alanlar nda kullan ld 7XXX ve 2XXX ala mlar n n ise askeri, uzay ve uak sanayi uygulama alanlar nda kullan ld gsterilmi tir. 7XXX ve 2XXX serisi alminyum ala mlar en yksek dayan ma sahip olmas na ra men snek bir yap ya sahip de ildir. 1XXX, 3XXX, 5XXX ve 6XXX 8 ,

alminyum ala mlar ise d k dayan ma sahip olmalar na ra men yksek sneklili e sahiptir. 4. ALA IM ELEMENTLER N N ALM NYUMA ETK S 4.1 Bak r n Etkisi Alminyumla ala m elementi olarak kullan lan ilk element bak rd r. Bak r, ala ma sertlik kazand ran ba l ca elementtir (Do an, 1989; Sun, 1998). Dkm ala mlar nda ise en fazla % 12 oran nda kullan l r ve bu orana kadar mukavemeti artt r r. % 12den fazlas yap da gevreklik meydana getirir. Dvme ala mlar nda % 3 ila % 5 oran nda kullan l r. % 5ten fazla kullan l rsa mekanik i leme gl n artt r r. Ayr ca elektrik iletkenli i ve korozyon direncini d rr (Ayd n, 2002). Bak r n alminyum iindeki znrl s cakl a ba l olarak artar. Bu nedenle bak r ieren alminyum ala mlar n s l i lemle kelme sertle mesi ile sertle tirmek mmkndr. kelme iin gerekli zaman, ala m n bile imine ve s cakl k ile ili kilidir. kelmenin mekanik zelliklere yapaca ve da l m na ba l d r (Sun, 1998). 4.2 Silisyumun Etkisi Alminyuma ilave edilen elementler ierisinde Cudan sonra en nemli element silisyumdur. Alminyum ierisinde en fazla % 13 oran nda bulunmal d r. % 13den fazla silisyum ieren alminyum ala mlar n n i lenmesi ok zor olmaktad r. zellikle bak r, nikel ve magnezyum ile birlikte ilave edilirse s l i lem grebilen ala m elde edilir. Fakat bu ala mlar n ekme mukavemetleri ok yksek de ildir ve mukavemet art silisyum art ile orant l d r (Ayd n, 2002). Silisyum ilavesi ile ak kanl k, korozyon direnci, kaynak kabiliyeti artar. Tane kltme ve modifikasyon i lemleri ile iyi i lenebilirlik zelli i sa lan r. Ayr ca s v alminyumun ak kanl n artt r r ve s cak atlama e ilimini azalt r. Mekanik zellikler ne eklindeki silisyumlu faz ekme mukavemetini ala m n bile iminden ok silisyum ieren faz n ekil ve da l m na ba l d r. Kk ve primer faz yksek mukavemet verir. artt rmakla beraber sneklik, darbe ve yorulma mukavemetini d rr (Sun, 1998). 4.3 Magnezyumun Etkisi nemli ala m elementlerinden birisidir. Magnezyum, Al-Mg ala m na yksek mukavemet ve sneklik, mkemmel korozyon direnci kazand r r. % 8den fazla Mg ieren Al-Mg ala mlar s l i leme tabi tutulabilir ve mekanik zellikleri bu ekilde geli tirilebilir. Dvme ala mlarda % 1 ila % 6 Mg ise ekil verme kolayl 9 sa lamak iin kullan l r. Genel etki, kelen faz miktar na, boyutlar na

olarak Mg ilavesi mukavemeti, haddelenebilme kabiliyetini ve i lenebilirli i artt r r (Do an, 1989; Sun, 1998; Ayd n, 2002). 4.4 Manganezin Etkisi Ala m iinde dklebilirli i artt rmak iin demirle birlikte kullan l r. Ayn zamanda metaller aras bile iklerin zelliklerini de i tirir. Ala mlar n sneklik ve tokluk zelliklerini artt r r ve i lenebilirli i olumlu ynde etkiler (Ayd n, 2002). 4.5 inkonun Etkisi inko, alminyuma ilave edilmesiyle yksek mukavemete sahip Al-Zn ala mlar meydana getirir. Alminyum ala mlar n n kopma mukavemeti bu ekilde artar ve haddelenebilme kabiliyeti artar. AA 7075 ve AA 7078 ala mlar n n temel ala m elementleridir (Sun, 1998; Ayd n, 2002; Do an, 2002). inko, s cak y rt lamaya sebep olmas na ra men di er ala m elementlerinden olan bak r n ilave edilmesiyle yetersiz olan baz zellikler giderilmi olur (Sun, 1998). Genellikle magnezyumla birlikte kar t r larak ilave edildi inde haddeleme kabiliyetini artt rd gibi yksek ekme ve darbe mukavemeti de kazand r r. Al-Zn ala mlar nda ise % 20e kadar inko bulunabilmektedir. Bu ala mlar genelde uak sanayinde kullan lan Al-Mg-Zn ala mlar olup Zn ve Mg oran % 1den fazlad r (Do an, 1989; Sun, 1998; Ayd n, 2002). 4.6 Titanyumun Etkisi Titanyumun tane kltc etkisi vard r. Mekanik zelliklerin iyile tirilmesini ve artmas n sa lar. Alminyuma ilave edilme miktar en fazla % 20dir. En iyi etkisi bor ile kullan ld zaman grlr. Titanyum, ekme mukavemetini ve sneklili i artt r r ve s l iletkenli i d rr (Sun, 1998). 4.7 Demirin Etkisi Demir, alminyum cevheri ierisinde do al olarak bulunur. Baz ala mlar n sertlik ve dayan mlar n az miktarda artt rmaktad r. Dkm ala mlar n s cak atlama e ilimini azalt c ynde etki etmektedir (Ayd n, 2002). 5. ALM NYUM ALA IMLARI VE ISIL LEMLER

5.1. Alminyum Ala mlar n n Sembolle tirilmesi

10

Alminyum ala mlar n n sembolle tirilmesi, ala m elementlendirme sisteminden daima bir harf ilavesiyle ay rt edilir. Bundan ba ka baz i aretler sadece dvme mamllere, baz lar yaln z dkme mamllere, baz lar da her ikisine tatbik edilmi oldu unu gsterir (Do an, 1989). Alminyum ala mlar na mekanik veya s l i lemlerin ya da her ikisinin uygulanmas , ala m n temper durumunu belirtir. Temper durumunun gsterili i dkm ve mekanik i lem (dvme) ala mlar iin ayn d r. Temper simgesi ala m kodundan sonra gelir ve birbirinden (-) ile ayr l r. De i ik temper i lemleri varsa temperi ifade eden ana harf yaz ld ktan sonra, temper i lemleri yap l s ras na gre yaz l r. Temper i lemleri F, O, H, W ve T harfleri ile ifade edilir (Sun, 1998). 5.1.1 Temel Temper Tasar mlar - F, retildi i ekilde; zerinde hibir i lem yap lmam i lem ve dkmleri iin kullan l r. - O, Tavlanm ve yeniden kristalle tirilmi ; en d k dayan m ve en yksek snekli e sahip dkm rnler iin kullan l r. - H, So uk i lem ile sertle tirilmi (yaln z i lem ala mlar iin); so uk i lemle deformasyon i lemine tabi tutulmu ala m ifade eder (Do an, 1989; Topba , 1993; Sar ta , 1995; Sun, 1998). a-) So uk lem le Sertle tirilmi Alt Blmler y y y H1, Sadece so uk i lem ile sertle tirilmi . H2, So uk i lem ile sertle tirilmi ve k smen tavlanm . H3, So uk i lemle sertle tirilmi ve kararl yap lm (Sar ta , 1995; Sun, 1998).

b-) Is l lem Uygulanm Alt Blmler W, Solsyona alma s l i lemi grm karars z bir temper i lemidir. Yaln zca solsyona nda kendi kendilerine ya lanabilen ala mlar iin alma s l i leminden sonra oda s cakl kullan l r. - T, Kararl bir temper elde etmek iin ala ma F, O veya H i leminden ba ka uygulanan temper i lemini gsterir. Kararl temperi ifade eden T harfinden sonra 1den 10a kadar rakam kullan l r. T1, S cak i lenmi , fabrikasyon s cakl ya land r lm . T2, Fabrikasyon s cakl nda so utulmu , so uk i lenmi ve do al ya land r lm . T3, zeltiye alma s l i lemi uygulanm so uk i lenmi ve do al olarak ya land r lm . (i lem (dvme) ala mlar iin). T4, zeltiye alma s l i lemi uygulanm ve do al olarak ya land r lm . 11 nda so utulmu ve do al olarak

T5, Fabrikasyon s cakl

nda so utulmu ve yapay olarak ya land r lm t r.

T6, zeltiye alma s l i lemi uygulanm ve yapay ya land rma uygulanm . T7, zeltiye alma s l i lemi uygulanm ve dengeli duruma getirilmi (dkm ala mlar iin). T8, zeltiye alma s l i lemi uygulanm , so uk i lenmi ve yapay ya land rma uygulanm (i lem ala mlar iin). T9, zeltiye alma s l i lemi uygulanm , so uk i lem uygulanm yapay ya land rma uygulanm . T10, Yapay olarak ya land r lm ve so uk i lenmi (i lem ala mlar iin) (Brooks, 1982; Do an, 1989; Sar ta , 1995; Sun, 1998; Ayd n, 2002). 5.2 Alminyum ve Ala mlar na Uygulanan Is l lemler

Is l i lem, metallerde istenilen zellikleri geli tiren bir s tma i lemi veya i lemler zinciri olarak bilinmektedir. Bir di er ifadeyle metallerin s t lmas n ve so utulmas n gerektiren durumlarda ve kimyasal bile iminde herhangi bir de i me yapmadan sadece mekanik zelliklerini istenilen ekilde olmas n sa layan i lemler olarak tarif edilebilir (Beton and Rollason, 1958; Do an, 1989). Alminyum ala mlar na ilave edilen ala m elementlerinin s l i lem uygulanmas neticesinde dayan m artt rd gibi baz ala m elementlerinin ilavesiyle de s l i leme tabi tutulmas na engel olmaktad r. Bu sebepten dolay , s l i leme kar gsterdikleri hassasiyete gre dvme veya dkme alminyum ala mlar , s l i lem uygulanabilen veya s l i lem uygulanamayan ala mlar olarak iki gruba ayr lmaktad r (Su, 1988; Do an, 1989; Yksel, 1991; Ayd n, 2002). Is l i lem yap labilen ala mlar n iinde bulunan elementler, yksek s cakl klarda byk lde kat halde erime zelliklerine sahip olmakla beraber, d k s cakl klarda kat halde eriyebilme zellikleri s n rl kalmaktad r. Bu nemli neden ala m n s l i lem yap labilmesine imkan sa lamaktad r (Ayd n, 2002). Dvme ala mlar aras nda s l i leme tabi tutulabilenler grubuna dahil olanlar: 2XXX, 6XXX ve 7XXX serileridir. 2011, 2014, 2017, 2018, 2024, 2025, 4032, 6151, 6061, 6063 ve 7075dir (Do an, 1989; Ayd n, 2002). Alminyum ala mlar na uygulanan sertle tirme amal s l i lemle sertlik art , ikinci faz keltilerinin ince ve homojen olarak matris iinde kelmesiyle sa lan r. Bu nedenle sertle tirme yntemi kelme sertle mesi olarak adland r lm t r. Demir d metallerin mukavemetini artt rmada kullan lan en nemli yntemlerden birisi de kelme sertle mesidir. zellikle uak sanayisinde kullan lan hafif alminyum ala mlar kelme sertle mesi ile sertle tirilmektedir. Bu i lem malzemenin sadece mekanik zelliklerini de il, ayn zamanda 12

manyetik ve iletkenlik zelliklerini de etkilemektedir. Bu nedenle ya land rma s l i lemi, elektronik malzemelerin zelliklerinin geli tirilmesi amac yla da uygulanmaktad r (imeno lu vd, 1989; Sun, 1998). Ya land rma s l i lemine tabi tutulabilen nemli ala mlar ndan biri olan AA 2024, s cak ekstrzyon ve haddeleme ile imal edilirler. Alminyum ala mlar ierisinde en yksek sertli e sahip ala md r. Elastisite modl ve dayan m ala mlar ierisinde en ykse idir. Mhendislik uygulamalar ndan olan uzay, uak yap mlar nda, ortopedik tabanlarda, perin ve ekme tekerleklerinde yayg n olarak kullan lmaktad r. Bu ala mlar do al ve yapay olarak ya land r labilirler. AA 2024 alminyum ala m ierisinde magnezyum bulundurur bu yzden retimi zel metotlarla yap l r. ekillendirilebilmesi ok iyidir. Fiziksel ve mekanik zellikleri di er ala mlara gre daha iyidir (Kaar et al., 2003). Ya land rma s l i lemine tabi tutulabilen nemli ala mlar ndan birisi de AA 6063tr. Alminyum asl nda iyi dkm ve mekanik zelliklerine sahip de ildir. Bu zellikleri en iyi sa layan elementler ise magnezyum ve silisyumdur. Alminyum ierisine ilave edilen Mg ve Si ile s l i lem yap lmas n sa lamas yla Mg2Si keltilerinin olu mas sayesinde korozyon direncini ve dayan m n artt rmaktad r ve bu ekilde de a nma direnci de artmaktad r.Al-MgSi ala mlar mimari ve dekoratif uygulamalarda kullan l r. Kolay ekstrde edilebilme zelli i, iyi yzey kalitesi ve dayan m yla bilinen bir ala md r. ngilterede ekstrzyon edilmi alminyum ve ala mlar n n yakla k olarak % 50si en ok in aat ve bina yap lar nda kullan lmaktad r (Siddiqui et al., 2000). kelme ile sertle ebilen alminyum ala mlar nda mekanik zellikleri artt ran keltiler farkl ala mlarda ve farkl bile iklerden olu maktad r. Bunlar a a daki ekilde s ralayabiliriz. a) Al-Cu ala mlar , CuAl2 bile i i ile dayan m kazan r. b) Al-Cu-Mg ala mlar , Mgun yo un olarak bulundu u bile iklerle dayan m kazan r. c) Al-Mg-Si ala mlar , Mg2Si bile i i ile dayan m kazan r. 5.2.1 Ya lanma Is l lemi

Is l i lem uygulanabilen alminyum ala mlar nda ya lanma s l i lemi, ana safhadan olu maktad r (Ersmer, 1960; Do an, 1989; Ayd n, 2002;). Plastik ekil de i tirmesine ihtiya duyulmaks z n ve retimi s ras ndaki istenen bir kademede malzemenin sertle tirilmesi, kelme sertle mesi ynteminin stnlkleri olarak zetlenebilir. kelme sertle mesi, ancak denge diyagramlar nda solvs e risi bulunan ala mlarda olu ur. Sadece solvs e risinin s n rlad kat ergiyik bile imlerinde meydana gelebildi ini ekil 5.2de 13 a ka gsterilmi tir. Yani ala m elementinin znme miktar s cakl kla artmal d r.

kelme sertle mesinin a amalar ndan birincisi ncelikle solsyona alma i lemi, ikincisi su verme (so utma), nc olarak ya land rma i lemi olarak bilinmektedir (Sun, 1998). ekil5.1de ya land rma s l i leminin a amalar gsterilmektedir.

ekil5.1 Ya land rma s l i lemi s cakl k-zaman faz diyagram (Callister, 2002). 5.2.1.1 Solsyona Alma kelme sertle mesi ile malzemenin dayan m n n artt r lmas nda ilk a ama solsyona alma i lemidir. Solsyona almada ama mukavemet artt r c ala m elementlerinden maksimum miktar n kat ergiyik iine almakt r. Bu nedenle ala m, artan ala m elementi miktar yla ykselen tek fazl blgeye girme s cakl yani solvs s cakl ergime s cakl na ula ld na emin olunan s cakl n n n birka derece zerine kadar s t lmal d r. Bu a amada ala m n tektik artan ala m nn

ndan daha d k s cakl a kadar s t lmal d r (Ayd n, 2002).

Is l i lem uygulanabilen ala mlarda ekil 5.2 de grld gibi solvs s cakl

elementi miktar yla birlikte daha yukar s cakl klara ykselmektedir. Bundan dolay s l i lem uygulanacak malzemenin kimyasal bile imini tespit ederek zelti s l i lem s cakl s cakl klar Tablo5.1 de verilmektedir. belirlenmesi byk faydalar sa lamaktad r. Baz alminyum ala mlar n n zeltiye alma

14

ekil 5.2 Al- Cu faz diyagram (URL-3, 2007). E er ala m n tektik ergime s cakl a l rsa tane s n r ergimesi meydana gelir ve

malzemenin mekanik zelliklerinde azalma olur. Solsyona alma i leminde s tma h z , dikkat edilmesi gereken hususlardan biridir. nk s tma h z , dengesiz ergimelere sebep olmaktad r. rne in, % 4 Cu ieren Al ala m n n F durumunda (dkm, s cak i lenmi vb.) CuAl2 keltileri bulunur. Bu keltiler ancak uygun s tma h zlar nda 500 Cde znrken h zl s tmalarda CuAl2nin bir o u znmeden kalmaktad r (Ayd n, 2002). Tablo 5.1 AA 2024 ve 6063 ala m n solsyona alma s cakl k s n rlar (Ayd n, 2002).

Solsyona alma i leminde di er nemli nokta ise solsyonda bekleme sresidir. Bu sre, malzeme yap s nda znmemi faz b rakmayacak ve homojen bir yap verecek ekilde ayarlanmal d r. Solsyona alma sresi, ince kesitli malzemelerde d k olup artan kesit miktar yla birlikte artmaktad r (Ayd n, 2002). tektik ba lang s cakl dikkat edilmelidir. ekil 5.3deki faz diyagram na gre T0 s cakl 15 n n a lmamas na ndan daha fazla bir

s cakl k zerine yani tektik ergime s cakl kat ergiyi e alma i lemlerinin tamamland s cakl ndan daha az bir s cakl k seilir.

zerine k lmamal d r. Alt s cakl k de eri ise, s cakl ktan biraz yksek olmal d r. Yani T0

ekil 5.3 Ya land rma s l i leminde faz diyagram na gre i lem s cakl klar n n gsterilmesi (Callister,2002). E er ala m n tektik ergime s cakl iin i lem s cakl (Do an, 1989). 5.2.1.2 Su Verme (So utma) Ya lanma s l i leminin en nemli a amas su verme i lemi olarak d nlebilir. Su vermede ama solsyona alma i lemiyle olu turulan a r doymu kat eriyi in h zl so uma ile toparlanmas na f rsat vermeden oda s cakl na so utularak korunmas d r (Ayd n, 2002). Su verilmezse kat ergiyikler tane s n rlar nda ve kayma dzlemlerinde kelerek ekil de i tirme kabiliyetini azalt r, taneler aras korozyon mukavemeti d er (Karak lak, 1980; Do an, 1989). Bu ekilde verme i lemi yap l r. zeltiye al nan ala m n su verilmesiyle olu an a r bo luk konsantrasyonu beklenen denge difzyonundan daha h zl difzyon olu mas ile znen atomlar toparlanarak GP (Guiner-Preston) blgelerinin olu mas na neden olurlar (Ayd n, 2002). Su verme esnas nda kelme olmas iin f r n ile su ortam s ras ndaki zaman az olmal ve su verme ortam n n s absorbe etme katsay s ok d k olmal d r. Pratikte su verme i lemi normal 16 ekil 5.3deki faz diyagram na gre T1 s cakl nda ani olarak su a l rsa, tane s n rlar nda ergime olu ur ve malzeme k r lgan olur. Eriyebilen elemanlar n alminyum iinde kat ergiyik halinde kalmas dikkatli seilmelidir. znebilen ala mlar n n difzyonunu engellemek ve tane bymesine f rsat vermemek iin s tma h z yeterli dereceye kadar yksek olmal d r

olarak azami su verme gecikmesi ve azami su s cakl Do an, 1989).

ile kontrol edilir. (Karak lak, 1980;

Malzemeler f r nda su verme ortam na ister mekanik olarak isterse de otomatik olarak gnderilsin; bu sre azami su verme gecikmesini a mamal d r. Standart su verme gecikmesi, f r n kap s n n a lmaya ba lamas ile malzemenin su verme ortam na dalmas yla biten sredir. zin verilen maksimum zaman s cakl k ve oda s cakl paralar n kesitlerine ba l d r (Karak lak, 1980; Do an, 1989). Su verme i leminde kritik faktrler, su verme aral azalt lmal d r. Su verme aral ve su verme ortam d r. Su verme aral f r n kapaklar n n a l p, ykn dald r lmas na kadar geen zaman olup, mmkn oldu unca , 10 ila 20 saniyelik gibi srelerde olmal d r (Do an, 1989). n daha fazla artt racak, bu da daha sonra Genel kural olarak en iyi maksimum dayan m ve tokluk h zl so uma ile elde edilir. Daha h zl su verme, zndrme i leminin kal c l kelme sertle mesinin daha etkin olarak yap lmas n sa layacakt r. Ula labilecek en yksek dayan ma en h zl su verme h z yla eri ilebilir (Do an, 1989; Ayd n, 2002). Dayan m artt rma i lemlerinde k r lmalardan sak nmak iin, dayan m artt rma i lemi mmkn oldu u kadar su vermeden hemen sonra olmal d r. Bu i lem genellikle 24 saat iinde yap lmal d r (MMO, 1978; Do an, 1989). 5.2.1.3 Ya lanma lemi nda ndaki havan n h z na ve

A r doymu kat eriyi in zeltiye al nmas ve su vermeden sonra oda s cakl (do al ya lanma) veya denge solvs e risinin alt nda (suni ya lanma) bir s cakl kta

kelmeye al nmas olay ya land rma veya kelti s l i lemi olarak bilinir. Bir di er ifadeyle a r doymu bir kat fazdan zaman ve s cakl k etkisiyle yeni bir faz n olu mas na kelme sertle mesi (ya lanma) ad verilir. ekil 4.4de grld gibi solsyona alma i leminde sonra su verme i lemi sonucunda ya land rma i lemi yap lmaktad r. Ya land rma i leminin yap labilmesi iin ala m n hangi s cakl klarda ya land r lmas gerekti i bilinmelidir. Tablo 5.2 de baz alminyum ala mlar n n ya lanma s l i lem s cakl k aral verilmi tir. Kat eriyi e alma s l i leminden sonra uygulanan su verme sonucu alminyum ala mlar , tam olarak uygun bir sertlik ve mukavemete ula amazlar. Bu ala mlarda maksimum sertlik ve mukavemeti elde etmek iin ala m ya land r l r (Do an, 1989; Ayd n, 2002).

17

ekil 5.4. Al-Cu faz diyagram ve Al % 4 Cu ala m n n zeltiye alma i lemi, su verme ve kelme sertle mesi safhalar nda mikro yap de i imleri (Erdo an, 1996). kelti sertle mesinin ana mekanizmas znen atomlar n uyumlu bir topluluk olu turmas n sa lamakt r. Bu olu um ile bir araya toplanan znen atomlar bir taraftan matris kristal yap s na uyum gsterirken atom boyutlar aras ndaki farktan dolay byk miktarda gerilme meydana gelir. Bu nedenle keltinin gerilme alan n n varl malzemede dislokasyon hareketine engel oldu undan malzemeye daha fazla mukavemet veya gerilme kazand r r. Malzeme mukavemetinin artmas nda nemli bir etki ise kelti veya znen atom gruplar n n uyumlu veya uyumsuz olmas na ba l d r. kelmenin ilk safhalar nda ikinci faz tamamen olu makta, fakat ikinci faz nkine benzer bir kristal yap s kat ergiyikle s k temas halinde bymektedir. ki yap aras ndaki atom dizili i uygun ise kat ergiyik distorsiyona u ramaktad r. Bu kk boyutlu kelti parac klar ilk olarak 1938'de GuinlerPreston taraf ndan x nlar ile bulunmu tur. Bundan dolay bu n kademe keltilerine literatrde GP zonlar denir (Do an, 1989). Guiner-Preston (GP) blgesi olarak bilinen znen atomlar n keltileri kristal ve mikro yap da de i iklik nedeniyle malzeme zelliklerinde nemli derece de etkili olurlar. GP blgesinin boyutu, ekli ve da l m ; ala m n kimyasal bile imi, uygulanm olan mekanik ve s l i leme ba l d r. GP blgeleri X nlar ile tan mlanabilinirken baz durumlarda elektron mikroskoplar yla ilegrlebilir. zen ve znen atom boyutlar n n birbirine yak n oldu u durumlarda GP blgeleri kresel ekildedir (Al-Ag ve Al-Zn). Ancak atom boyutlar aras ndaki fark bykse (Al-Cu sistemi) 18

GP blgesi disk eklinde olur. GP blgeleri boyut itibariyle yakla k 100 A ap nda 10-15 A yksekli inde olup a ka yeni bir faz veya yeni bir kristal yap olu turmaktan ziyade matris kafesinde distorsiyona u ram bir blge olu tururlar. Bu tr olu um tamamen dengeli bir yap olu turdu undan mikro yap da nemli bir de i im olmadan rettikleri geni bir deformasyon ve dislokasyon hareketlerini k s tlayan gerilme alanlar n n olu turmalar ndan dolay malzemenin mekanik zelliklerini artt r r (Do an, 1989; Ayd n, 2002). Tablo 5.2 AA2024 ve6063 ala m n n ya lanma s l i lem aral

Alminyum ala mlar na uygulanan ya land rma s l i lemi esnas nda e itli blgeler olu maktad r. Bu blgeler; GP-1, GP-2, ve blgeleri olarak s ralanmaktad r. Alminyum-bak r ieren ala mlar n o unda GP-1 blgeleri (100) dzlemleri boyunca alminyum matris kafes yap s yla uyumlu zengin bak r ieren yakla k 100 A uzunlu unda ve birka atom kal nl nda bak r atomlar kmeleri eklindedir. Bak r atomunun atomik yar ap (r) alminyumun atomik yar ap ndan kk olmas nedeniyle (rAl=0,143 nm, rCu=0,128 nm) GP blgesinin evresindeki matris dzlemi bak r katman na do ru yaslan r (Ayd n, 2002). GP-2 blgeleri GP-1 blgelerinden daha kal n (yakla k olarak 150 A) ve daha geni (yakla k olarak 1500 A) apta tetragonal kristal yap l disk eklinde kelen parac klardan olu ur. GP-2 blgeleri Al ve Cu atomlar Cu2Al5 bile i i kapsayan bir yap meydana getirirler (Ayd n, 2002). Gerilme ya land rmas , uyumlu kelti mesafelerinin dzenlenmesini kontrol etmede en nemli yntemlerden biridir. keltilerin anizotropik da l m ya land rma esnas nda gerilim uygulayarak belirlenebilir. Bu anizotropik da l m iki fazl malzemenin anizotropik davran gstermesini sa lar (Ayd n, 2002). Al-Cu ala mnda, kelti faz ( ) tetragonal kristal yap ya sahiptir. A =4,04 A ve Cu =5,80 A matrisin AAl=4,049 A dur. Bu faz ve matris (Al) aras ndaki yap sal farkl l k dzensiz kelti olu umuna sebep olur (Ayd n, 2002). Ya land rma s l i lemi sayesinde elde edilen maksimum zellikler blgesinde elde edilir. Is l i leme devam edildi inde keltilerin boyutlar ve da l m ideal olmaktan karak kom u keltilerde birle ip a r derecede byrler ( ekil 5.5). Bu durumda olu an blgeler blgeleri olarak bilinmektedir. keltilerin a r derecede bymesinden, keltiler aras 19

mesafe de artmaktad r. Bu durumda olu an keltiler aras mesafe dislokasyon hareketlerini nleyemeyecek durumdad r. Bylece ala m blgesinde kazanm oldu u stn zellikleri blgesinde kaybeder (Aluminium, 1967; Ayd n, 2002).

ekil 5.5 Ya land rma s l i lemi a amalar ve mikro yap lar (Askeland, 1998). kelmenin ba lang c nda kelti boyutlar ok kk oldu undan deformasyon s ras nda dislokasyon hareketine engel te kil etmezler ve bu sebeple malzemenin sertli inde nemli bir de i iklik olmaz. Fakat keltinin boyutlar artt ka; keltiler dislokasyon hareketi iin engel te kil ederler ve malzemenin mukavemeti artar (Do an, 1989). ekil 5.6da grld gibi GP-1 ve GP-2 blgelerinin olu mas yla malzemenin sertli inde art meydana gelir. Fakat ya lanma sresi uzad ka sertlik de erinde bir d me meydana gelir. Bu durumda keltinin yap s veya d r. Ya lanma sresinin artmas ile sertlik veya mukavemette meydana gelen ya lanmaya "a r ya lanma" denir (Do an, 1989). ekil 4.7de ise ya land rma s l i leminin nas l oldu u grlmektedir.

ekil 5.6 Ya lanma sresine ba l olarak malzemenin sertlik veya mukavemetindeki de i imi (Do an, 1989).

20

ekil 5.7 Ya land rma s ras ndaki e itli ara durumlar n gsterimi a. znen atomun zen atom ierisindeki da l m , b. Kendisini evreleyen matris ile uyumlu kelti, c. Kendisini evreleyen matris ile uyumsuz kelti (Askeland, 1998). 5.2.1.4 kelme Sertle mesi le Dayan m Art kelen partikller dislokasyon hareketine engel olduklar zaman malzemenin sertli i artar. kelti partiklleri genellikle matristen daha serttir ve deformasyon esnas nda dislokasyon hareketini engeller. Bu durumda keltiler aras nda kalan dislokasyon paras kelti partikllerini a mak iin uygulanan gerilime ba l olarak hareket eder ve partikllerin evresini sarar. Dislokasyonlar her ynde hareket etti i iin kelti etraf ndaki halka say s artar ve malzemede dislokasyon yo unlu unun art na sebep olur. ekil 5.8 ve 5.9da a ka dislokasyon hareketleri gsterilmi tir. nce kelti faz ieren malzemede dayan m veya sertli in artmas n n ba l ca sebepleri; a) Dislokasyon yo unlu unun artmas . b) Dislokasyon hareketlerinin zor olmas .

ekil 5.8 keltiler aras nda olu an yar m halka eklindeki dislokasyonlar (z, 2007).

21

ekil 5.9 A r byk keltilerin dislokasyonlar taraf ndan kesilmesi (z, 2007). Dislokasyon hareketi iin gerilim miktar teorik olarak a a da verilen e itlik yard m yla hesaplan r.

Burada; a- Kayma modl b- Burgers vektr L- keltiler aras mesafe Bu ba nt ya gre keltiler mesafe azald ka dislokasyon hareketini engelleyici etkileri artmakta ve buna ba l olarak da malzemenin mukavemetinde art olmaktad r (Do an, 1989). A r ya lanma blgesindeki bu ba nt geerlidir. nk zelti ile matriks ara yzeyindeki dislokasyonlar ncelikle hareket ederler ve bu da mukavemetin d mesine sebep olur. E er zelti a r derecede byk ise dislokasyonlar keltiyi keserek mukavemetin d mesine sebep olur (Do an, 1989). 5.2.1.5 A r Ya lanma kelen partikllerin birbirleriyle birle meleri ve bymeleri sonucu, dislokasyon hareketine engel olmazlar. Ancak mekanik zelliklerde d me grlr. Buna a r ya lanma denir. Bu durumda dislokasyonlar taneler aras ndan k vr larak geerler. Bu k vr lma esnas nda e rilik yar ap ne kadar byk olursa elastisite limiti de o kadar kk olur (Do an, 1989). Eritme s l i lemine tabi tutulmu malzemeyi d k s cakl klarda (-6 ila -10 C aras nda) depolamak suretiyle ya lanma sertlenmesi geciktirilebilir veya durdurulabilir. Bu zellik pratik ynden a a da bahsedilen ekilde istifade edilir. Ya lanma sertle mesi sreklili i azalt r ve bu sebepten tr herhangi bir so uk i lemin tatbiki ile yrtlecek imalat metalin hla yumu ak oldu u bir zaman iinde yap lmal ve 2 ila 3 saat zarf nda (ya lanma sertle mesi nemli bir alana yay lmadan nce) tamamlanmal d r. Byle bir i lem mmkn olmayabilir. Bu ekilde ala m n imalat safhas nda dar bo azlar n (s k malar n) meydana gelmesine sebebiyet verebilir. Eritme s l i lemine tabi tutulmu alminyum ala m n , s f r n alt ndaki s cakl klarda depolamak suretiyle, donmadan dolay ya lanmaya mani olmu 22

(geciktirilmi ) olur. Daha sonra malzeme ihtiya duyuldu u zaman depodan al nabilir ve kolayl kla i lenebilme artlar nda imal edilebilir (Do an, 1989). Ya land rma s l i leminin ba lamas yla birlikte ya land rma s cakl artmas yla beraber beraber keltilerin olu tuklar fark edilmektedir. Ya land rma s cakl biraz daha artt ve sresinin ekil 5.10 a.da grld gibi yap ierisinde ve tane s n rlar nda n n ve sresinin artmas yla

ekil 5.10 b.de grld gibi yap iersindeki keltilerin miktar n n ve boyutunun ekil 5.10 d.de ise daha fazla belirginle ti i ve boyutunun artt ve sresinin artmas yla beraber yap iersindeki

grlmektedir. Ya land rma s cakl

keltilerin bymesi neticesinde dislokasyonlar n etkisiyle malzemenin dayan m nda azalma olup, a r ya lanma srecine girmesine sebep olmaktad r.

ekil 5.10 -Matris kat eriyi i ierindeki keltinin ( , ikinci faz partiklleri) ya land rma s l i lemi sonucunda a. ya land rman n ilk safhas , b. ya land rman n ikinci safhas , c. ya land rman n nc safhas , d. ya land rman n drdnc safhas olu umlar n n mikro yap resimleri (Brooks, 1982).

23

6. ALM NYUM ISIL 6.1 Kal p Is tma F r n

LEM FIRINLARI

Alminyum ekstrzyon kal plar prese ba lanmadan nce 400 - 450C ye s tan elektrikli veya gazl f r nlard r. 6.2 Alminyum Billet-Ktk Is tma F r n Alminyum biyetlerin prese yklenmeden nce 400 - 450 C ye h zl s t lmas iin kullan lan f r nlard r. Biyetin yksek s cakl a s t lmas , ekstrzyon i lemini kolaylast r rken, rnn yzeyindeki grnm olumsuz ekilde etkiler. Yksek s cakl kta ekstrzyon, kal b n abuk as nmas na ve ekstrzyon rnnn yzeyinde izgilere ve przlere neden olur. Biyet s cakl n n d k seilmesi ise, ekstrzyon iin gereken bas nc ykseltirken, presin zorlanmas na, kal b n daha byk yk alt nda kalmas na neden olurken, ekstrzyon rnnn yzey kalitesinin iyi olmas n sa lar. Bylece, ekstrzyon s cakl g yle seilmelidir ki, iyi bir yzey kalitesi yan nda yksek mekanik zelliklere sahip olan bir profil ekstrze edilebilsin. 6.3 Homojenizasyon F r n Dkm sonras alminyum loglar n 550 600 C ye s t larak tane yap s n n homojen hale getirilmesini sa lamak iin kullan lan f r nlard r. Homojenizasyon s l i lemi grm alminyum biyetlerin, homojenizasyon s l lemi grmemi alminyum biyetlere k yasla, daha kolay ekstrze edildikleri ve rnde hem yzey kalitesinin hem de mekanik zellik de erleri daha iyi olur. 6.4 Solsyon Alma F r n Alminyum ektrzyon, dkm veya dvme i leminden sonra 520 - 580 C aras nda uygulan r. Sonras nda metalin h zl bir ekilde suya al nmas gerekmektedir. 7. ISIL LEM ORTAMLARI

7. 1 A k Atmosfer Ortam ok basit s l i lem operasyonlar iin kullan lan ve di erleri ile k yasland nda fiyat a s ndan en cazip olan f r n trdr. Is tma elementlerini yerle tirmek iin yivler a lm t r. Is tma elektrikle olur ve resistans elementler kullan l r. Bu resistanslar yivlere yerle tirilmi tir. Bu f r nlar n d cephesi ise metal ya da metal d 24 malzemelerden yap l r.

7.1.1. Egzotermik gaz atmosferi Egzotermik gaz, herhangi bir ilave s olmaks z n, gaz ( fuel-oil, do al gaz, LPC ) veya havan n egzotermik yanmas yla olu turulur. F r n iinde olu an s gazlar aras ndaki reaksiyonun sonucudur ve bu nedenle egzotermik ad n al r. Yanma tamamlanmaz. Gaz byk oranlarda CO2 ve H2 O ierir. Bunlar n byk bir k sm kimyasal absorbsiyon ve kurutma ile giderilir. Elde edilen gaz N2 gaz d r. ( E er CO2 ve H2 O giderilirse, gaz CO, H2 ve N2 ierir). 7.1.2 Endotermik gaz atmosferi Endotermik gaz, uygun gaz yada hava kullan larak bir jeneratr yard m yla retilir. rn ba l ca N2, H2, CO ve ok az miktarlarda CO2 ve metan gaz ihtiva eder. Kullan lan propan gaz , hava ile dengeli oranlarda kar t r l r ve gaz jeneratrnden geirilerek Ni esasl bir katalizrle dolu bir odaya girer. Reaksiyon odas 1040oC ye s t l r ve i lem endotermik atmosferde gerekle ir. Bu gaz ta y c gaz ad n al r. 7.1.3 nert gaz atmosferi Karbon, oksijen ve azot ierikleri bak m ndan koruyucu bir gazd r ve eli e kar reaktif de ildir. Kimyasal a dan bu kritere en uygun olan inert gaz argondur. En yayg n olarak kullan lan reaktif olamayan gaz azottur. Azot byk lde ham gaz ve havan n egzotermik yanmas yla elde edilir ve sonra muhtelif yntemlere gre temizlenir. 7.2 Vakum Ortam Vakum genel olarak hibir gaz n ya da bile enin bulunmad atmosfer olarak tan mlan rken, tam olarak vakum ancak uzay n d nda elde edilebilir. Vakum ortam n n, s l i lem uygulamalar nda kullan m 30 y ldan beri var, ama son 10 y ld r ok byk bir ilgi gren bu yntemde, sertle tirilecek arj so uk bir f r na konur ve sonra vakum pompas yla f r n n havas bo alt l r. Hava bas nc olarak o u uygulamalarda 10 torr (1 torr = 1/760 atm yada 1,3*10-3 bar ) kabul edilebilir. Bu de erden daha yksek vakum gerekirse difzyon pompas kullan l r. So utma i lemi azot gaz atmosferinde veya zel hallerde argon gaz kullan larak yap l r. Vakumdaki bas n 10-500 mikron (1 mikron = 1,3*10-6 bar) aras nda ve bu nedenle k smi i lem olarak dizayn edilebilir. Bununla birlikte, bu seviyedeki vakumun kimyasal aktivitesi ihmal edilebilir ve o nedenle uygulamalarda atmosfer inert olarak d nlr.

25

8. TERMOKUPL ELAMANLARLA SICAKLIK LMEK S cakl k lmleri giderek artan oranda nemli bir konu haline gelmi tir. S cakl k tamamen fizik ile ilgili temel bir konudur. ok e itli fiziksel zellikleri etkileyen bir parametre olmas nedeniyle llmesi gereken nemli bir de i kendir. S cakl k lm iin ok e itli yntemler vard r. Bunlar iinde elektronik dnyas n n en ok kulland sensrlerden birisi termokupldur. Termokupller kullan larak -200 Cden 2320 Cye kadar lm yap labilir. 8.1 Termokupl e itleri -200Cden 2320Cye kadar e itli s cakl k aral klar nda en ok kullan lan DIN 43710 ve IEC 584 standart termokupl eleman teli e itleri yledir: Tablo 8.1: Termokupl yap m nda kullan lan metaller

Bu termokuplar n s cakl k limitlerini ve standart kodlar n s ralayacak olursak, Tablo 8.2: Termokupl e itleri standart isimleri

26

Bu eleman tellerinin s cakl k-mV e rilerini inceleyecek olursak do rusal olmad klar n grrz. Termokupl s cakl k-mV e rileri incelendi inde her birinin s cakl k lm a s ndan di erine nazaran daha uygun oldu u blgeler vard r. rne in 0800C s cakl k lm yapabilen Fe-Const ile 01200Cye kadar lm yapabilen NiCr-Ni eleman tellerinin mV e risi kar la t r ld nda 300-600C aras nda Fe-Const, NiCr-Nie nazaran daha do rusald r. Bu nedenle bu aral kta Fe-Const ile al ma tercih edilir. Yine ayn yakla mla PtRh-Pt termokuplar iin 8001600C aras uygun bir al ma blgesidir. 800Cnin alt nda do rusall k ok bozuktur. 9.REZ STANSLAR Elektrik enerjisini s enerjisine dn tren diren tellerine rezistans denir. Is t c cihazlarda s y meydana getiren tellere rezistans denir. Rezistanslar, olduka yksek bir z diren ve byk bir s l dayan m (1400 0C ye kadar) gsterir.Genellikle iinde krom(Cr), alminyum(AL) ve nikel(Ni) bulunan demir(Fe) ala mlar ndan yap l r. Ama genel olarak halk aras nda krom-nikel tel olarak bilinir. Ala m iinde bulunan krom(Cr), rezistans n kendi retti i s ya kar dayan m n art r r. Almnyum(AL), telin kor hle gelmesinden sonra havadaki oksijenin teli oksitlemesini (paslanmas n ) engeller. Ala mda alminyum olmazsa rezistans paslan r ve s t c n n verimi d er. Nikel(Ni)in grevi ise kimyasal etkenlere kar kazand rmakt r. Is t c diren ala mlar , e itli de erlerde standartla t r lm t r. Kullan lan ortamdaki artlara gre (havadaki nem, mekaniki artlar vb.) standart simgelere bakarak ala m bile enleri hakk nda bir karara var l r. KANTHAL, NIKROTHAL, VDM, RESCALL ve UZAK DO U rezistans tel e itleri en kaliteli rezistanslard r. Tablo9.1de rezistans e itlerinin yap lar ndaki bile im oranlar , maksimum al ma s cakl klar ve z diren de erleri grlmektedir. Rezistanslar magnezyum oksit kumu ve quartzdan yataklar iine gmlerek sy etkili bir ekilde havayla temas etmeden iletirler ya da mika veya benzeri karkaslar zerine sar l r. Is y maksimum ekilde ta yan (elektrik ak m bak m ndan yal tkan) magnezyum oksit kumu ve quartz ayr ca s bak m ndan verimi de art r r. dayan kl k

27

Tablo 9.1: e itli rezistans tellerin zellikleri

9.1. Rezistans Hesaplamalar Tasarlanacak herhangi bir s t c n n gcne gre kullan lacak diren telinin hesab yap l r. Bu hesab yapabilmek iin a a daki u formller kullan l r: Rezistans telinin kesitini bulmak iin: Rezistans telinin boyunu bulmak iin: Bu formllerde kullan lan harflerin anlamlar yledir: S = Rezistans telin kesiti (mm2 ) d = Rezistans telin ap (mm) L= Rezistans telin boyu (metre) R= Rezistans telin direnci (W) j = Diren telin z direnci ( mm2 / W ) 9.2. Is t c Cihazlarda Kullan lan Malzemeler Elektrikli s t c larda genel olarak rezistanslar, klemensler, anahtarlama elemanlar , sinyal lambalar , termostatlar, zaman saatleri ve s dan etkilenmeyen kablolar kullan l r. Anahtarlar, sinyal lambalar ve klemensler s dan etkilenmeyecek bir yere konulmal d r. Is t c cihazlarda ba lant lar klemenslerle yap l r. Klemenslerin porselenden yap lm olmas (porselen s ya kar dayan kl oldu undan dolay ) tercih edilmelidir. Is ya direk etki 28

eden yerlerde kesinlikle plastik klemensler kullan lmamal d r. Termostatlar, elektrikli st c larda belirli s cakl k de erine ula ld S cakl nda devreyi keser. bu de erde tutmak iin s , termostat n tipine gre belirli bir de ere

d t nde tekrar devreye girer. ekil 9.1.de termostat n devreyi aan ve kapatan hli grlmektedir. Termostatlar, emniyet a s ndan ok nemli bir yere sahiptir. E er termostat olmasayd s t c , srekli al p yang n veya di er pek ok tehlikeli sonular olu turabilirdi. e itli tipte ve markalarda s ya duyarl termostat sistemleri vard r. Ayarlama, zerindeki skaladan 0C (santigrat derece) olarak yap l r. Termostat, ayarlanan bu s cakl k de erini, ekil 9.1.de a ka grlen sar renkli (bak r rengindeki) bulbunda arar. Bu bulb rezistans n direk etkisi alt nda olmayan, s t lacak ortam len bir yere monte edilir.

ekil 9.1 Termostat n devreyi kesmesi ve amas Elektrikli s t c larda (baz lar nda) termostat n d nda bir de zaman saati (timer) bulunur. Ayarlanan zamana gre sistem al r veya istenilen zaman sresi sonunda sistemin al mas durur. Uykudayken veya d ar dayken ortam n nceden s nmas , zaman saatiyle sa lanabilir. Zaman saatleri, de i ik tipte ve zellikte retilmektedir. Ist c cihazlar n iinde bulunan ba lant kablolar , s ya dayan kl kablolard r. Bu ba lant kablolar s ya dayan kl makoronlar ierisine veya porselenden yap lm boncuklar ierisine yerle tirilmi tir. zolasyon Tu lalar ve Hafif Ate Tu lalar F r nlarda ve s n n var oldu u her trl konstrksiyonlarda s izolasyonu iin yksek gzenekli (%40 ile %70) izolasyon tu lalar kullan l r, ancak bunlar ate e dayan kl de ildir. Bunlar n "retiminde, ya ierdikleri yan c maddelerle (odun tala , linyit kmr, naftalin) yksek gzenekli hammadde, (kieselgur) kullan l r ya da dikkatlice kurutulan stabilize edilmi kpklerden yararlan l r, zolsyon tu lalar n n byk bir k sm alminyum silikat esasl d r. Havan n kt iletken olmas ndan yararlan larak retilen bu malzemelerin s tutma etkisi, gzene in d nda gzene in bykl n ve gzenek da l m na da ba l d r. Kieselgur 29

tu lalar , olduka d k s iletme kabiliyetine sahiptirler. Bunlar, oda s cakl tu lalar, 900 C ye kadar hacim dayan m na sahiptirler.

ndan 1000 C

ye kadar yakla k 0,07 ile 0,1 W/m.K s iletme kabiliyeti gsterirler. Ancak kieselgur

Son y llarda, s izolasyonu iin seramik ba lant lar ve bunlardan retilen dokuma battaniye ya da plaka tr malzemeler de kullan lmaktad r. Ergitilen ve 0,003 mm kal nl a kadar lifli halde i lenebilen kaolin ve benzeri maddeler, yakla k 1500 C ye kadar kullan lmaktad r. Seramik fiber ad verilen bu izolasyon malzemeleri, ergiyik metal ya da s v lar n temas etmedi i f r n atmosferinde, klasik refrakter malzemelere nazaran daha ince olarak, montaj ve kolayl kla yap labilecek ekilde lkemizde de yayg n kullan lmaktad r. Metalrjide, kimya endstrisinde, enerji retiminde ve seramik endstrisinde f r n yap m nda ate betonunun kullan m giderek artmaktad r. Dklebilir refrakter ad da verilen ate betonu, amot, korund veya silika gibi ate e dayan kl granl maddelerden ve kimyasal ya da hidrolik sertle ebilen ba lama maddelerinden meydana gelir. Kar m, genellikle su ile haz rlan r ve beton teknolojisine uygun olarak doldurma, sarsma, dkme ile byk bloklar halinde tu la formuna getirilebilir ya da direkt olarak f r n ierisine tatbik edilir. Bu teknolojinin stnl , yap m ve tamirat srelerini ok k saltmas ve pek az i letme maliyeti olmas d r. Ate betonunun ate dayan m , yksek s cakl klarda ba lant olarak, su cam malzemesinin,

karakteristiklerine ba l d r. Kimyasal ba lay c

ya da fosforik asit 900 C ye kadar amot 1150 C ye

kullan labilir. rnek olarak, amot grandi ate betonunda %15 ile 25 su cam ve ba lant h zland r c olarak da %10 ile 15 Na2SiF6 ile yksek alkalilere kar kullan labilir. Buna kar l k %15 ile 30 portland imentosu ile ba lant l slfirik asitle ok iddetli reaksiyon yapt C ye kadar kullan labilir. Genel olarak yksek kullan m s cakl klar iin/ba lama maddesi olarak alminyum oksit ba lama imentosu kullan l r. Bu imento, alminyumoksit ve kalsiyumoksidin ark f r n nda ergitilmesiyle elde edilir. Bu esnada CaO. Al2 O3, Ca0.2Al2 O3 ve alfa- Al2 O3 te ekkl eder. Kalsiyum alminat n hidrolik zellikleri betonun ba lant s n etkiler ve di er iki faz ate e dayan m sa lar. %40 Al2O3l alminyum oksit ergitme imentosu yakla k 1300 C ye ve, yksek kaliteli amot ilavesiyle 1400 C ye kadar kullan labilir. Ayr ca, %65 ile 70 Al2 O3'l imento ile yksek kaliteli refrakter alminyum oksitlerle takviye edilerek, 1550 ile 1750 C ye kadar k lmas mmkndr. 30

kadar kullan labilir. Kuvarsit ve su cam bazl olarak retilebilen silika beton, alkalilere ve ndan ve bunun sonucu sertle ti inden dolay , 1500

Hidrolik ba lant l ate

betonunda biraz dikkatli olunmal d r. Is tmada ba lant

maddesinin hidrat faz nda suyun al nmas ndan dolay , tu lan n s t lan blgesinde mekanik dayan m d er. Ancak, seramik ba lant lar kat lmas yla tekrar iyile me grlr. Tek yanl ate e maruz kalan ate betonu elemanlar nda, bu ko ulun etkisi yoktur. Bu durum, su cam ba lant l betonlarda grlmez. Ate betonu, s cakl k de i imlerine kar yksek dayan ma (15 ile 25 h zl so utma ve daha ok) sahiptir. Cruf tahribine kar , %29 ile 30 kadar olan yksek gzene inden dolay pek dayan kl de ildirler. Keza, a nma dayan m da pekiyi "de ildir. Sngerimsi maddeler, hafif amot ya da pomza ta betonu da retilebilir. Ayr ca, s k t rma maddesi ya da plastik olarak kullan m da olanakl d r. Hamur haline getirildikten sonra, tamir amac yla kullan labilir ya da plastik olarak tatbik edilebilir. Kimyasal ya da hidrolik ba lay c madde iermediklerinde, kullan m s cakl dayan mda nemli lde ykselme meydana gelir. civar nda ilavesiyle, 500 ile 1000 kg/m3 ham zgl a rl kl afif ate

31